活断层数据库建设技术方法及操作综述1

崔 瑾 柴炽章 王 银



活断层数据库建设技术方法及操作综述

崔 瑾 柴炽章 王 银

（宁夏回族自治区地震局，银川 750001）

随着活断层探测工作在各城市的展开，数据库建设工作也随之跟进。在建设过程中更加规范化、合理化，是数据库建设的发展方向。本文以平罗活断层探测项目为例，对由中国地震局地质研究所给出的活断层探测数据库建设标准及模板进行了阐述。同时综述了活断层探测数据库建设的流程，并对建立过程中遇到的问题进行了技术探讨。

活断层探测 数据库 要素类

前言

城市活断层数据库建设项目自启动以来，多省、市、自治区相继积极开展了活断层探测工作，并陆续建立了活断层探测数据库，这不仅为活断层定量研究提供了数字化的空间及属性信息辅助，更是防震减灾的成果展示系统与城市建设的决策支持系统的基础支撑（于贵华等，2006）。中国地震局活断层数据中心根据活断层探测工作的实际以及《活动断层探测（DB/T 15-2009）》（中华人民共和国地震行业标准，2009）建设的需求，在不断更新完善活断层数据库模版的同时，可以满足活断层探测项目整个过程所产生的数据内容存储需求。

宁夏回族自治区地震局承担了多个活断层探测项目，并基于该模板建立了相应的活断层数据库。其中，陶乐精细化工基地活断层探测与危险性评价项目中，建立的平罗县活断层数据库为最新活断层探测成果数据库。

1 建库目标

为保障活断层项目探测结果与危险性评价结果能更好地服务于社会和用于相关研究，建立专业的、符合相关标准的、规范化的数据库，存储探测过程中各项相关数据是活断层探测数据库建设的主要目的。因此，在建库过程中应尽可能详尽保存探测过程中及数据处理过程中的相关数据，做好元数据（描述数据的数据）保存工作。这些工作的规范化开展可为以后的数据库应用奠定良好的数据基础，同时为使建设的数据库功能更强大，必需在建设过程中遵从统一的库结构规范（李西等，2008），以便日后与其他类别或它省此类数据库建立连接访问。

2 相关标准、数据库模板简介

2.1 活断层数据库建设标准

活断层数据库建设所依据的相关标准有：《活动断层探测（DB/T 15-2009）》（中华人民共和国地震行业标准，2009）标准；《地质图用色标准及用色原则（1:50000）（DZ/T 0179-1997）》（中华人民共和国地质矿产行业标准，1997）；《区域地质图图例（GB/T 958-1989）》（中华人民共和国国家标准，1989；吴熙彦等，2011）。另外，中国地震局地质研究所编制的活断层数据库交汇规范，中震科发﹝2012﹞67号《活断层探测数据汇交与共享管理办法（试行）》文件，也对数据库成果交汇进行了详细规定。

2.2 数据库模板格式与内容

活断层数据库模板使用的地理数据库模型为Personal Geodatabase，同时根据活断层探测工作的需要，可建立相关表（Table）和专业要素数据集（Feature Dataset）。其中，专业要素数据集包括：调查区数据集；1万、5万、25万基础地理数据集；遥感数据集；地球物理场数据集（一般没有使用）；工作底图数据集；地震信息、野外地质调查、微地貌、钻探、测年、地球物理调查、地球化学调查、火山、危险性评价等数据集；成果图制图等相关数据集。每个数据集下对应着相关的要素类（Feature Class）和关系类（Relationship Class）（殷娜等，2011）。要素类主要存储点、线、面要素。要素类存储了包括空间图形和空间图形对应属性表。表格类主要针对一些没有空间信息的属性数据、档案类文件目录、工程相关信息，以及关联关系进行存储记录。其中，关联关系类通过设计的相关ID字段与要素类或表格类进行关联。

（a）（b）

中国地震局地质研究所提供的活断层数据库模板包括数据字典、数据库格式的mdb模板、excel表格形式的模板，另外还提供了具有编码规范化和数据批量入库等功能的软件，以及用于成果图制作的ArcGIS地图文档格式的制图模板。

excel表格形式的模板相当于活断层数据库模板的导出表格，即与数据库模板具有相同的属性表结构。该excel形式的模板用于填写相关属性数据，便于编码操作和档案数据的录入。图1中左边是数据库形式的模板，右边是excel形式的表格模板，可以看出两者都按活断层探测工作顺序建立了相关的要素集和文件夹，例如A1_InvestigationRegion（研究区），在数据库形式的模板里是要素数据集（Feature Dataset），在Excel形式的模板里是同名文件夹形式。要素类、属性表和关联关系表在excel形式模板里都为excel表。

批量入库软件（图2a）可以快速利用填好的excel表格完成数据入库，解决了ArcGIS无法导入Archive文件和无法进行编码规范化的问题。成果图制图模板（图2b）依赖于数据库模板中的表结构，列出了包含的图层名称、具体图层的符号分类字段、标注字段、图层排列顺序，规范了制图表达的方式，对地学要素配以统一的符号，使制图者只需选择图层数据源，不用进行繁杂的符号设计。

2.3 编码规则

数据库要素ID编码格式为：“六位城市代码+三位专题代码+八位用户自定义码”。前九位编码由软件自动规范化编码，后八位为用户自定义编码。八位用户自定义码最长限制为八位，不足八位时会由入库软件自动补齐。为了使数据记录具有明确的意义，能方便从编码中识别数据的大致内容，用户自定义八位码应尽量用内容的缩写表示，而不要仅使用无明显意义的数字顺次编码。

3 几个概念

3.1 File Geodatabase与Personal Geodatabase的区别比较（表1）

鉴于File Geodatabase与Personal Geodatabase的性能比较，可知File Geodatabase拥有较强的移植性、运行效率高、海量数据存储特性，因此可将File Geodatabase作为活断层数据库建设的地理数据库模型。

表1 File Geodatabase与Personal Geodatabase性能对比表

3.2 数据库的关联关系

数据库是数据的存储仓库，如何更好地对数据进行查询、更新，依赖于数据库的设计是否合理。在数据库中实现数据检索，并减小数据库冗余，就要建立良好的关联关系，这是数据库设计的关键。数据库中的关联关系，即实体之间的联系、对应，包括有一对一，一对多和多对多三种基本关系（汤国安等，2006）。将数据库属性表里的某个字段设为主键，这个主键就唯一决定着该条记录，将需要与之关联的其它一个或多个属性表里的主键作为外键，填于该条记录主键之后，即可通过主键与这些外键关联其他属性表里的那些以该外键为主键的记录。

4 依据模板的平罗县活断层数据库建库流程综述

平罗县活断层数据库的建设随着平罗县活断层探察项目的开展同步进行。

在使用模板前，需建立空的File Geodatabase将数据库模版Personal Geodatabase下的所有内容复制过来；随后建立有序的文件目录方便后续存储。平罗县活断层数据库的建设配合平罗县活断层探察项目的开展分三个阶段进行：资料准备阶段、野外探测阶段以及实验与成果总结阶段（于贵华等，2012）。三个阶段的操作总原则是：对于具有空间特征信息的要素需先在ArcGIS下录入空间信息及ID编码，然后填写对应要素的excel表，空间图形的其他属性数据都填写在excel表里；不具备空间特征的属性数据信息、工程信息、关联关系，仅需在对应名称的excel表里填写相关字段。在填写好excel表后，用入库软件进行ID规范化和批量入库操作。由于平罗县活断层数据库使用的模板定义为WGS84坐标，因此库内的所有空间图形的坐标应统一为WGS84，坐标不一致的数据，在入库前需要做好坐标转换工作。三个阶段具体的流程包括如下内容。

4.1 资料准备阶段

在项目开展资料准备工作阶段要开始基础资料的入库工作。包括调查区相关信息、基础地理数据、遥感数据、工作区底图、地震、地球物理场。

项目签订合同后，根据合同中对目标区和工作区的地理坐标范围规定以及相关信息，建立目标区或工作区空间图形并填写相关信息。对于模板中调查区内容所包含项目的一些工作统计信息，需等到项目最后完成后才能将所有信息填写完整。

数据库模板中的基础地理数据包括1万、5万、25万地形图数据，本项目主要使用的是5万和25万地形图数据。根据确定的目标区和工作区范围，从国家基础地理信息中心购买数据。数据的格式与数据库里这部分要素格式统一，故可直接导入库内。

在准备阶段还需要获得用于野外调查的、包含目标区范围及推测断层周围的遥感影像。平罗县活断层探察项目收集的影像包括早期的影像和近期的影像。早期的影像由于人为改造少，可用于解译断层；近期的影像由于更接近于野外真实情况，可用于指导野外工作和后续制作活断层分布图。使用Google earth影像可以获得历史和新近影像。

建立工作区野外工作底图和数字化地质图中的岩体和地层。由于早期的地质图投影一般为北京54坐标系，因此在数字化前，数字化底图一定要做好相应的坐标系统转换工作。

数字化地层等厚线、地球物理场等信息，用于以后工作分析及编制成果图件。

收集小震目录和强震目录及地震台站坐标信息等，并进行空间化。

将收集的石油地震勘探和深地震反射探测成果及参考资料入库。

4.2 野外探测阶段

随着野外探测工作的展开，完成野外调查、浅层地震勘探、钻探、槽探、采样等野外工作信息的入库。这一部分包括录入调查、勘探、钻探、槽探、采样等野外工作点坐标，填写相关属性表，对文档资料进行整理、分类与信息提取。

野外开展的各项工程探测及相关信息原始探测结果大多数以word文档表格、报告以及JPG图片、照片等形式给出，有的则为纸质记录表或记录在野外记录簿上。

由中国地震局地球物理勘探中心承担的浅层地震勘探工程，给出的分析结果包括测线工作参数表、测线GPS（WGS84）定位结果表、浅层地震剖面揭示断点参数表、测线剖面图、及相关测线解释说明报告。

钻探工程结果包括：钻孔编号、钻孔深度、采样记录、钻孔相对于测线起点距离以及钻孔联合剖面图。

槽探工程产生的原始探测表包括：探槽位置信息、探槽长宽信息、剖面照片等。

钻孔或探槽中采集的样品相关信息包含在钻孔或探槽工程的野外记录中，因此需要查找、整理，外送做样品年龄测试，待结果出来后填写采样点表、测试结果等excel表。样品测试结果表为纸质表格，需扫描后按档案数据存储，并将测试结果、可靠性等信息填写在样品测试结果表里。

数据库建设人员要从上述文档中提取要填入数据库模板的各类相关信息，并分别填入相应数据库模板的excel表格中。

野外探查阶段数据库的建设方法是：

（1）根据各施工原始记录提供的相关要素的空间坐标或相对位置在ArcMap中创建空间图形。对于有确切空间坐标信息的，依据空间坐标先创建点要素集的shapefile文件，然后再导入库中的要素层；对于只有相对位置的空间信息，可以根据该要素与其他要素的相对空间位置，直接在库中的对应要素层中创建。

（2）在创建了空间图形后将原始记录里空间要素的属性信息、野外工作所获得的信息填写在该要素类对应的数据库模板的excel表中。

（3）在完成了基于数据库模板的excel表格填写后，即可使用随数据库模板配套下发的数据批量入库软件（图2a）完成野外探查阶段的资料入库。并利用活断层数据信息管理中心提供的野外实际材料图制图模板，生成包括观测点、观测路线、采样点位置及编号、探槽位置及编号、实测剖面位置及编号、各类探测测线位置及编号，遥感解译资料范围，断层迹线，相关地理要素的实际材料图。

4.3 实验与成果总结阶段

当年代样品实验结果、室内综合分析结果、阶段性研究报告与成果形成后，可以完善数据库模板中的相关资料档案信息。如浅层地震剖面图、钻孔联合剖面、报告、探槽剖面照片及素描图、古地震事件表等。对这部分资料建立档案文件夹目录并按要素集命名整理，并填写excel模板中的档案表和对应要素excel表中档案编号字段。同时利用入库软件完成规范化编码、入库，并检查建库过程中的关联错误、填写错误等工作。

活断层分布图和区域地震构造图是活断层探察工作十分重要的研究成果。在完成了野外探察和室内分析工作后，将着手完成活断层分布图和区域地震构造图的编制工作。本文以平罗1:25万工作区地震构造图为例，介绍利用制图模板、基于活动断层数据库编制1:25万工作区地震构造图的过程。

平罗1:25万工作区地震构造图主要制图区包括：地层、岩体面要素层；线要素层；1:25万断裂；盆地边界等厚线要素层；历史地震与1970年后地震要素层；基础地理数据层；地质剖面线图层等主要要素。利用活动断层成果图制图模板，添加平罗活断层探察数据库中编制1:25万工作区地震构造图所需要的图层要素集为数据源，并选择相应字段进行分类和标注，即可生成所需图件的原图。制图过程中绘制剖面图和柱状图时，可以使用辅助制图点、辅助标注点、制图辅助线、面等要素层。图3为依据模板制作的平罗活断层探测项目中制成的1:25万工作区图。

5 遇到的问题与解决方法

5.1 1:20万地质图数字化坐标转换问题

目前我们使用的地质图多数为1:20万老地质图，而数据库中存放的所有空间数据坐标都应统一为数据库所定义的坐标系，本项目为WGS84坐标系。项目中使用的1:20万纸质地质图均为北京54坐标，为解决坐标转换问题首先需要将扫描的1:20万纸质地图配准为北京54坐标，具体做法是先在ArcGIS中为扫描后的图片定义坐标系和投影，再在图面上均匀采集方里网坐标交叉点为控制点进行校正配准（张兰凤等，2007）。北京54转换成WGS84坐标需要知道当地的转换参数，由于参数保密，故具体坐标系转换需由测绘部门完成。或者如果有工作区内的两种坐标的控制点，可以用万能坐标转换工具进行坐标转换，随后使用1:25万地形图进行精度检验或空间校正。

5.2 使用GoogleEarth影像的问题

城市发展日新月异，故而早期购买的影像可能已无法反应城市的真实情况，但是大面积的购买新的影像又需要庞大的资金，故使用GoogleEarth上的影像数据可以解决影像更新时效性问题。使用GETscreen下载GoogleEarth上的影像。下载时选择网格截图，可以实现自动拼图。下载的影像不具有坐标信息，需进行坐标配准。配准时为获取控制点坐标应先将GoogleEarth工具选项里的坐标信息选择显示为平面坐标，以平面坐标配准下载的影像，并定义坐标系，随后导出为image格式。经验证配准后的影像与1:5万基础地形图叠加，对应信息几乎完全重合。另外也可以使用GlobalMapper软件打开下载的影像，并保存为带经纬度信息的image文件。

5.3 文档文件等信息填写注意事项

对于原始文档信息填写包括AWID、AIID、ARID三种类型。原始文件为AWID，对于图像文件则应填写用专业软件打开的图形文件名，文档文件为word、excel文件。AIID和ARID则是导出的后缀为JPG、PDF等不用特别按装专业软件都可以浏览的格式。

5.4 坐标录入

在创建大量空间点要素时，如创建浅层地震测点时，一般将测点经纬度坐标录入excel表格后用add XY读取该excel表的经纬度信息。由于施工方有时会以度、分、秒的形式提供经纬度信息，此时可以用excel自带的MID函数将经纬度换算为小数度的形式。函数MID（text，start_num，num_char）为从文本字符串指定的起始位置起返回指定长度的字符。这样就可以将度、分、秒转化为小数度，并且录入原始数据的时候不用输入符号，用点或其它任意单字符隔开即可（图4）。

6 结语

本文阐述了基于中国地震局地质研究所活断层数据库模板的数据库建设过程，以平罗县活断层数据库建设的25万工作区成果图展示了基于数据库的成果图制图结果，并介绍了数据库建设过程中可以利用GoogleEarth进行近期影像下载，利用excel所提供的函数快速处理空间坐标数据等技术工作技巧。

李西，张建国，谢英情等，2008．昆明城市活断层信息管理系统及数据库建设综述. 地震研究，31（增刊）：612—618．

汤国安，杨昕等，2006．ArcGIS地理信息系统空间分析实验教程．北京：科学出版社．

吴熙彦，徐锡伟，安艳芳等，2011．城市活动断层探测成果图件集的编制规范研究．地震地质，33（4）：978—989．

于贵华，徐锡伟，孙怡等，2006．城市活断层探测信息系统的设计与实现——以福州市活断层信息管理系统为例．地震地质，28（4）：655—662．

于贵华，杜克平，徐锡伟等，2012．活动构造数据库建设相关问题的研究．地震地质，34（4）：713—725．

殷娜，韩军青，2011．基于GIS的临汾市活断层数据库建立的研究．科协论坛，5（2）：114—115．

张兰凤，于贵华，李陈侠等，2007．用ArcGIS实现利用1/20万地质图编绘1/25区域地震构造图的方法．地震地质，29（2）：412—417．

中华人民共和国国家标准，1989．区域地质图图例（GB/T 958-1989）．北京：中国标准出版社．

中华人民共和国地质矿产行业标准，1997．地质图用色标准及用色原则（1:50000）（DZ/T 0179-1997）．北京：中国标准出版社．

中华人民共和国地震行业标准，2009．活动断层探测（DB/T 15-2009）．北京：中国标准出版社．

The Review of Active Fault Database Construction and Operating Technology

Cui Jin, Chai Zhizhang and Wangyin

(Earthquake Administration of Ningxia Hui Autonomous Region, Yinchuan 750001, China)

To meet the demand of the active fault detection program for major cities over China, the construction of database system becomes more and more important. In this paper, we elaborated active fault detection database construction standards and templates designed by the the Institute of Geology, China Earthquake Administration. Taking Ping Luo active fault detection project as an example, we summarized the active fault detection database construction process, and discussed the problems encountered through the database construction.

Active fault detection; Database; Feature class

财政部重大专项“我国地震重点监视防御区活动断层地震危险性评价项目”资助

2013-03-25

崔瑾，女，生于1987年。助理工程师。主要从事活断层探测数据库建设与地震应急数据库建设和专题图制作方面工作。E-mail: cui-jin2008@163.com

崔瑾，柴炽章，王银，2014．活断层数据库建设技术方法及操作综述. 震灾防御技术，9（2）：271—279.