湖北省基础地质图数据库的建立与更新维护进展

陈晓林, 徐 珊, 席同熙

(湖北省地质调查院,湖北 武汉 430034)

湖北省基础地质图数据库的建立与更新维护进展

陈晓林, 徐 珊, 席同熙

(湖北省地质调查院,湖北 武汉 430034)

全面介绍湖北省不同比例尺、不同结构类型数据库的完成及更新情况,重点介绍湖北省1∶5万区域地质图数据库的建设、取得的主要成果及应用情况。

空间数据库;区域地质图;数据库结构;数据库维护;湖北省

基础地质图数据库是应用地理信息系统和数据库技术,按不同比例尺和统一标准,将地质图及相关数据存储于计算机而形成的数据库。它的建立一是将大量地质图进行回溯性建库,从简编地形图或作者原图为成图入口,然后进行图形矢量化、数据编辑、拓扑处理、属性数据输入、建立空间数据库等；二是应用野外填图系统在填图过程中进行数据采集,并在最终成果资料整理阶段建立数据库。

湖北省基础地质图数据库均为空间数据库,地质图空间数据库是以描述地质要素的空间位置、几何形态及其相互之间拓扑关系并具有空间属性的数据,以及描述各类地质要素的特点与性质的非空间属性数据为对象的数据库[1]。

湖北省区域地质图按比例尺可分为1∶5万、1∶20万、1∶25万,基于研究工作而进行的小比例尺地质编图有1∶50万和1∶250万。由于地质图是所有地质工作的基础图件,其数据库是基础地质数据库的重要组成部分。

基础地质图数据库是地质工作部署决策、各种综合分析评价如矿产与水资源评价、地质灾害评价、土地适宜性评价、区域稳定性评价等的重要信息源,是进一步开展地质工作必须了解的基础资料。建立与完善内容齐全的系列基础地质图数据库是地质调查工作信息化的一项需持续进行的基本任务。

湖北省基础地质数据库建设始于1997年,至今已先后完成了湖北省1∶250万、1∶50万、1∶25万、1∶20万、1∶5万地质图建库,现阶段基于野外填图系统进行的区域地质调查及矿产远景调查项目,数据库建设随项目工作正同步进行。

1 基础地质图数据库现状及维护情况

1.1 湖北省1∶250万数字地质图空间数据库

湖北省1∶250万数字地质图是由中国地质调查局发展研究中心主持编制的全国1∶250万数字地质图之湖北省部分,于2002年8月由湖北省地质调查院完成。它反映了湖北省至2000年以来的最新地质成果。它是以湖北省1∶50万数字地质图为基础编制,对1∶50万地质图各类地质要素进行了合并,以满足编图需要。

湖北省1∶250万数字地质图以MAPGIS为处理平台,地层、岩浆岩、断层、钻孔资料、地质界线、地质符号注记分别建立了不同的图层。所有地质体面实体、断层、钻孔、地质界线等全部录入了属性。除主数据库外,还有地理底图数据库及地理内容属性库、地质内容属性库,MAPGIS系统库由中国地质调查局发展研究中心项目办统一提供。由中国地质调查局下发的1∶250万挂图数据库系统,为单机版运行系统,可在Windows 2000/XP操作系统下运行,系统采用GIS技术,通过对MAPGIS进行二次开发,实现了按任意空间范围、任意地质内容、地理内容及属性内容的检索、成图、自动形成图例、输出等功能。

1.2 湖北省1∶50万数字地质图空间数据库

湖北省1∶50万数字地质图空间数据库是根据全国1∶50万数字地质图空间数据库课题总要求编制和建库的,于1998年由湖北省区域地质矿产调查所完成。

1∶50万地质图编图是以《湖北省区域地质志》所附1∶50万湖北省地质图为基础图件进行修编,修编中引用了湖北省相关地质单位从20世纪80年代末—90年代以来所完成的1∶5万区调图幅及专题科研成果,利用1∶5万区调成果达80幅左右。新编地质图之地层以《湖北省岩石地层》专题研究成果为依据,根据湖北省所处的昆仑—秦岭造山带及扬子陆块区地质发展的明显差异,以青峰—襄广断裂为界,依各自沉积特征划分了南秦岭—大别山地层区及扬子地层区,分别建立和完善了不同地层区的地层层序,全省共划分12个系,168个岩石(构造)地层单位,并进行了区域对比,图面上准确而客观地反映了各时代地层的分布特征及延伸相变情况。对分布于南秦岭—大别山地层区的前寒武系几套浅变质岩系分别拟定为武当山(岩)群、红安(岩)群、耀岭河组。对桐柏大别山地区及黄陵地区的中深变质杂岩区,解体为变质表壳岩与变质深成侵入岩两个不同的岩石系列,变质表壳岩为大别山(岩)群,变质深成侵入岩以二长花岗岩系列和TTG系列分别表示；对全省岩浆岩除个别未开展1∶5万区调的地区外,均以岩石谱系单位——单元作为基本编图单位,全省共划分25个超单元、76个单元、22个独立单元；在地质构造上新增了逆冲推覆构造和滑覆构造,韧性剪切带、高压超高压榴辉岩等。全面地反映了湖北省在当时地质调查研究所取得的新成果。并将全部地质信息输入计算机,成为全省第一代数字化地质图。

湖北省1∶50万数字地质图及数据库以MAPGIS为处理平台,MAPGIS系统库由全国总课题组统一提供,划分了地层、岩浆岩、断层、特殊构造层等图层,完成了所有面元部分及30条主要断裂、55个同位素年龄数据属性的录入。地理底图采用国家测绘局基础地理信息中心1997年为编制湖北省1∶50万数字化地质图提供的地理底图。

由中国地质调查局下发的1∶50万地质图数据库系统,为单机版运行系统,可在Windows 2000/XP操作系统下运行,系统采用GIS技术,通过对MAPGIS进行二次开发,实现了按任意空间范围、任意地质内容、地理内容及属性内容的检索、成图、自动形成图例、输出等功能。

以湖北省1∶50万数字地质图为基础,由湖北省地质矿产勘查开发局1998年立项并完成的湖北省1∶50万数字化地质构造图、湖北省1∶50万数字化岩浆岩地质图、湖北省1∶50万数字化金属矿产图、湖北省1∶50万数字化非金属矿产图、湖北省1∶50万数字化水文地质图、湖北省1∶50万数字化工程地质图、湖北省1∶50万数字化布格重力异常图、湖北省1∶50万数字化化探组合异常图、湖北省1∶50万数字化金属矿产成矿远景区划图,成为湖北省第一套,也是全国第一套1∶50万省级数字化地质矿产系列图件,其成果获2000年湖北省科技进步二等奖。

于2013年启动的第二代湖北省1∶50万地质图修编及数据库建设目前仍在进行中。湖北省第二代1∶50万数字地质图空间数据库是根据全国1∶50万数字地质图空间数据库课题总要求编制和建库,它是在《湖北省区域地质志》修编的基础上进行的编图。此次编图,引用了自2000年以来区域地质调查和地质科研所取得的一系列新成果,如大洪山地区新发现扬子陆块北缘晋宁期板块拼合带,首次将苏家河蛇绿混杂岩、高桥构造混杂岩作为地质编图单位,湖北省地层区划及岩石地层的重新厘定,湖北省第四纪地层的重新划分等。

湖北省第二代1∶50万数字地质图数据库以MAPGIS为处理平台,由中国地质调查局项目办建立全国性的总库,各省数据库和总库之间,可以通过网络等技术实现数据交换和数据共享,使用由项目办统一提供的汉仪字库、子图库、线型库、图案和颜色库。数据库由地理图库、地质图库、地质构造图库、岩浆岩地质图库、第四纪及地貌图库等组成。

1.3 湖北省1∶25万区域地质图空间数据库

湖北省1∶25万区域地质调查工作始于2000年,至2008年共完成省内8幅,其中2005年前完成的神农架幅、荆门市幅、随州市幅、麻城市幅、建始县幅、宜昌市幅在提交最终成果时,按《地质图空间数据库建设工作指南2.0版》的要求进行了数据库建库,数据库结构同1∶20万地质图空间数据库。

2008年由中国地质调查局下达的1∶25万区域地质图空间数据库(湖北部分),属第二代1∶25万地质图数据库,其要求是将第一代数据库转至以RGMAPGIS为处理平台的系统上来,湖北省地调院于2008—2010年组织实施。共完成省内标准图幅6幅。于2008年完成的十堰市幅、襄樊市幅区域地质调查为数字填图项目,项目成果提交时,同时完成了以RGMAPGIS为处理平台的数据库。

1.4 湖北省1∶20万区域地质图空间数据库

1∶20万区域地质图空间数据库(湖北部分)项目由中国地质调查局于1997年下达,是最早开始进行的基础地质图数据库建库项目,由湖北省区域地质矿产调查所和湖北省地调院组织实施。至2002年全部完成,共完成省内标准图幅22幅,与周边邻省接边省内部分20幅。仅沙市、沔阳幅第四系厚覆盖区因未作20万区调工作未建库。

在数据处理过程中,利用地层清理成果及1∶5万区调成果对图面进行了修编,地层用岩石地层单位对原图面进行了套改,侵入岩用岩石谱系单位对原图面进行了套改。

由于1∶20万地质图数据库建库时参照当时最新的1∶5万区调图幅及其它专题科研成果,对图面沉积地层依据岩石地层单位清理成果进行了套改,侵入岩依据岩石谱系单位进行了套改,已不能反映地质图的原始状况,致使图面与区域地质调查报告不能对应,图外综合柱状图与图切剖面亦与图内修编套改的内容不一致,给地质资料的应用带来不便。鉴于此,根据全国矿产资源潜力评价项目办的要求,从2009年起对湖北省1∶20万区域地质图空间数据库,依照原图重新进行建库维护工作,到2012年总共完成标准图幅23幅。

1.5 湖北省1∶5万区域地质图空间数据库

1∶5万区域地质图空间数据库是国家基础地质数据库的重要组成部分,其主要任务,是针对20世纪60年代以来全国系统开展的1∶5万区域地质调查工作中所获取的海量的纸介质区域地质成果资料,应用现代计算机技术、空间数据管理技术和信息共享技术,转变成能为计算机识别、存储的GIS数据,从而具有较强的空间数据检索、属性数据检索、多级查询地质要素属性的功能,并进行全面系统地汇总管理。项目由中国地质调查局1999年立项,该局发展研究中心主持。从2001年开始试验性建库,至2003年全面启动。建库标准在《地质图空间数据库建设工作指南2.0版》的基础上,由中国地质调查局发展研究中心编制了《1∶5万区域地质图空间数据库(分省)建设实施细则》,并提供全国统一的MAPGIS系统库。

湖北省1∶5万区域地质图数据库建设是全国基础地质图数据库建设中的一部分,也是湖北省基础地质数据库建设的重点项目。湖北省从2000年进行了3幅图的试点工作,2001年完成。2003年正式启动该项目,其主要任务是将20世纪70年代以来湖北省系统开展的1∶5万区域地质调查工作所获取的基础地质成果资料进行全面系统的数字化及建库,为了与近10年以来进行的数字填图所完成的数据库相区分,也称为回溯性建库。

湖北省1∶5万标准分幅共420幅(不含跨边角,主体在省外的图幅)。1∶5万区域地质调查始于20世纪70年代末,至2000年完成区调图幅177.25幅(原湖北省地质矿产勘查开发局区调管理科统计,含宜昌地区、孝感地区城市区调共8.25幅)。分布地域主要为昆仑—秦岭造山带之鄂西北、鄂东北地区,鄂东南地区系湖北省重要的矿产分布地区,基本完成了1∶5万区调,鄂西地区主要分布于黄陵花岗岩及宜昌、巴东周边地区,鄂西南广大地区基本未开展1∶5万区调工作。1995年以前的所有图幅均是按标准印刷出版,并正式汇交。另有部分图幅由于系找矿工作需要或跨省区及其它原因,是按半幅或与一个整幅拼在一起印刷出版的。1996年以后,MAPGIS软件开始应用于地质制图,形成了最早的地质图电子数据,但还没有进入数据库阶段。2000年以后完成的区域地质调查成果已全面进入了电子数据阶段,其最终成果图件及报告全部为打印汇交。

湖北省1∶5万区域地质图数据库建设自2003年起,由湖北省地质调查院信息中心承担。历经12年,至2014年全部完成,共完成建库164幅,不包括武汉市、宜昌市、孝感市所作非标准图幅的城市区调,其中宜昌市、武汉市非标准图幅城市区调近年已基本被新近开展的数字填图的区调或矿调图幅所覆盖。湖北省区域地质矿产调查所1990年完成的大新店幅、宣化店南半幅、大悟县北半幅联测中的宣化店南半幅因与河南省拼幅出版,由河南省完成建库。1993年由鄂西北地质调查所完成的上店子幅、南宽坪南半幅、四峡口南半幅、双河口北半幅因陕西省进行了区域地质调查,其中的3个半幅由陕西省完成了建库,上店子幅由湖北省地质调查院完成。

2 数据库结构

2.1 基于MAPGIS为处理平台的区域地质图数据库结构

殷隽［25］萃取黄姜中的Cu2+、Cd2+、Pb2+，当萃取条件为压力25.54 MPa、温度59℃、时间为35 min时，黄姜中重金属净化率达到极大值。此条件下净化率预测值为71.71%，验证值为75.10%，Cu2+、Cd2+、Pb2+含量分别从 11.51、0.28、3.60 μg/g 降至 2.71、0.07、1.05 μg/g，且对其有效成分影响不大。

以MAPGIS为处理平台的建库是以回溯性区域地质图数据库建库为主,主要包括1∶5万、1∶20万区域地质图,数据库结构相同[2-3],部分早期完成的6幅1∶25万区调图幅亦采用此种数据结构建库。通过多年的工作,由中国地质调查局发布的《1∶5万区域地质图空间数据库(分省)建设实施细则》经多次修订,已日趋完善。数据库建库以图幅为单位,将标准分幅地质图中的地质要素在MAPGIS软件中按不同内容划分为相应的图层,每一个图层为一个独立的适合于MAPGIS软件的点、线、面分层文件。它包含两个基本方面,即图形库和属性库。

2.1.1 图形库

图形库系指图幅内由点、线、面构成的各类地理和地质要素,具有相应的空间位置,小比例尺地质图空间数据库采用兰伯特等角圆锥投影,区域地质图空间数据库采用高斯—克吕格投影。点要素包括图幅TIC点、高程及山峰控制点,各类地质产状、同位素地质年龄样、蚀变、钻孔、矿产地等。线要素包括河流、交通、境界、地形等高线,各类地质界线、断层等。面要素又可分为2个层次:其一是构成整个图幅拓朴关系的面状要素,包括面状水系、地层、岩浆岩、脉岩、各类标志层、有边界的构造变形带等,它是检验一个数据库质量的主要环节;其二是不构成图内整体拓朴关系的面要素,包括地理图层中的居民地、行政区划,地质图层中的变质相带、混合岩化带、地层中的火山岩、无边界的构造变形带等,这类面要素一般是叠加在第一类面要素之上的。图层结构及命名分别见图1-图4。

图1 基于MAPGIS处理平台的地质图(回溯性) 空间数据库结构Fig.1 Spatial database structure of geological map based on MAPGIS processing platform

2.1.2 属性库

属性库是将以上各类地理和地质体划分为不同的图层,在图层中赋予地理及地质体不同的属性,由属性数据中最小的单元——“数据项”组成,每一个数据项代表了所在图层中的基本要素,如地层图层中包含地层单位名称、地层单位代号、岩石名称、岩石颜色、岩石结构、岩石构造、主要化石、地层厚度、含矿性等；断层包含了断层性质、断层名称、断层走向、断层倾向、断层倾角、断距、构造岩、断层形成时代等。

图2 MAPGIS软件中显示的数据库结构Fig.2 MAPGIS software displaying database structure

图3 只显示断裂图层的界面Fig.3 Interface displaying fracture layer

图4 图层命名规则Fig.4 Naming rule of layer

2.2 基于野外数字填图系统的地质图数据库结构

基于野外数字填图软件(RGMAPGIS)系统的数据库,是基于先进、实用的地质调查数据库模型技术,以中国地质调查局《地质图空间数据库标准》(2006版)和项目组制定的《1∶25万区域地质图空间数据库建设技术要求及实施细则》2007版为蓝本,采用面向对象的数据库建模技术,与传统的建库概念有很大的差异,其结构由基本要素类、综合要素类、独立要素类和对象类组成。这种面向对象的数据库模型对空间要素的定义更接近于实际,使用户可以根据具体的需要进行扩展,具有用户自定义的特征[4]。它是把地质图数据组织成关系型的数据对象,具有空间几何类型的对象称为要素类,非空间几何类型的对象称为对象类,对象类在数据库中是一个表,存储非空间数据。基本要素中的地质体面实体文件,是包含了所有参与拓扑的图元,它按照沉积地层、变质地层、侵入岩、脉岩等对应多个对象,为便于区分则用子类型要素来构成不同属性域的对象类。1∶25万区域地质图空间数据库及近年开展的1∶5万区调及矿调图幅,也全部按照此标准进行建库(图5)。

图5 基于野外数字填图系统的地质图数据库基本结构Fig.5 Database basic structure of geological map based on field digital mapping system

3 建库步骤及质量监控

3.1 回溯性数据库建库步骤

回溯性建库主要包括1∶20万、1∶5万的建库,原始资料均为早期出版的纸质图件,主要步骤为扫描矢量化、误差校正、建立拓扑关系、提取分层文件、MAP图件编辑、属性录入等。

矢量化及MAP图件编辑过程中,对于图面上非观念认识差异造成的明显错误,经地质专业人员认可后进行改正,并填写原图错误汇总表。图幅编号一律改用新图号[5],所有不符合国家标准的计量单位改为法定计量单位。对原图中不合理的各类注记、位置、压盖关系等进行必要的调整。

由于建库均要求以标准图幅的单幅为单位建库,对于部分以1幅半或其它不规则合并拼幅印刷的图件,在建库时必须拆分成单幅,拆分成单幅时,图例及剖面图根据本图幅实际情况选取,综合地层柱状图一般不作改动,原样保留。

属性编制及录入,由地质人员填写属性表,对地质界线、地层、侵入岩、脉岩等,按照图层划分要求进行属性填写,大部分与地质相关的名词全部用代码表示[6]。

3.2 野外数字填图系统数据库建库步骤

以数字填图RGMAPGIS数据为基础,从野外地质路线、实测地质剖面的原始数据开始进行整理。在实际材料图中进行拓扑错误检查及拓扑重建,并把形成的区文件合并到地质体面实体的区文件中,在地质体面实体中提取相应的对象类,按数据项描述要求填写属性内容。从地质界线提取与相应综合要素类有关的线文件,形成综合要素类面文件,填写综合要素类各图层各数据项的属性内容。从地质界线中提取断层到对象类,填写断层对象类属性内容。生成单线内框的标准图框,编辑属性结构表进行属性录入,形成图幅基本信息对象类。地质术语如岩石名称、岩石结构、构造等用与代码相对应的汉字名称表示。

3.3 质量监控

建库过程中的各个阶段,均有严格的质量监控,分别由地质人员及建库人员用人工或计算机软件进行多次检查。近年,由全国总项目组开发的,整合了数据编辑及检查功能的软件,可对数据库进行全方位的检查,涉及检查项目33项,对进一步控制数据质量起到了重要的作用,使数据库的数学基础、空间精度、空间数据标准化程度、图元录入质量、图形分层、拓扑一致性、结点关系、属性精度、代码一致性、属性与图元对应等方面具有坚实可靠的质量保证(图6-图9)。同时,在项目分年度的成果验收中,地质属性内容及地质图面亦要经过地质专家的严格检查,保证属性内容及地质图面的准确性。

图6 数据检查功能主界面Fig.6 Main interface of check function of data

图7 地质体面实体地质代号与图形参数(颜色)匹配检查[7]Fig.7 Match examination of entity geological code of geological body and drawing parameters

图8 对象类与要素类一致性检查界面[8]Fig.8 Examination interface of consistency of object class and feature class

图9 数据检查导出结果汇总表Fig.9 Summary table of derived result of data check

4 成果及应用

湖北省历年完成的地质图空间数据库成果在中国地质调查局发展研究中心组织的评审验收中,全部获优秀成果。

地质图空间数据库首先可通过元数据快速了解单图幅数据库的基本信息,然后可根据用户需要,分别查询检索、分层提取文件,拼接、裁剪、放大及工程输出等功能,属性数据的编辑、输出、导入等,亦可不通过MAPGIS,利用DBF文件直接进行属性查询,通过分层属性查询,可了解图幅地质矿产概况,如查询侵入岩图层,可了解区内侵入岩的岩体名称、岩石类型、岩石名称、岩石结构、构造、岩石侵入时代、含矿性等特征；查询断裂图层,可了解断裂名称、断裂性质、断裂走向、倾向、倾角、构造岩类型等。因属性库中地质术语均为标准代码,亦可通过第三方软件,查询代码所代表的专业地质术语。利用条件检索可以方便地提取用户需要的图元,添加其它要素后,可快速编辑不同内容的专题图件。

湖北省已完成的区域地质图空间数据库,已在国土资源系统得到广泛的应用。在矿产资源潜力评价工作及多项由中国地质调查局下达的区域地质矿产调查、矿产远景调查等工作中,区域地质图空间数据库所形成的图件在项目的立项、工作方案的编制及工作进行的过程中,均为项目所用,取得了较好的效果。在矿产资源规划、地质灾害治理等方面,服务于社会各方面,如交通工程前期论证、施工勘查、水利、电力工程施工勘查等方面。运用本数据库形成的图件,快速编制各类相关图件,取得了良好的社会效益和经济效益。

5 结语

湖北省基础地质图空间数据库的全部建立完成,将分散在省内各个地勘单位的地质资料进行了系统地收集与整理。由于早期纸质图件及成果报告复制数量较少,加之机构的调整变化,部分资料存量极少,给资料的借阅及利用带来极大的不便。更有早期印刷的图件,由于时间过长,部分图件的纸张已到了一触即碎的地步,很难再长期保存。通过1∶5万、1∶20万区域地质图空间数据库的建设项目,应用现代计算机技术进行全面系统的数字化,保护了这些宝贵的地质资料,最大限度地发挥地质成果的应用效益。同时,通过该项目的实施,培养了一批数据库建设人才,使他们成为各类数据库建设的中坚力量。今后,基础地质图数据库的建立仍然是需持续进行的一项工作,现在正在进行的区域地质调查及矿产远景调查项目,全部采用野外填图系统,在RGMAPGIS软件中进行数据采集,在成果提交时即时提交数据库成果,保证了数据库建设的及时性。

[1] 地球科学大辞典编辑委员会,地球科学大辞典(应用学科卷)[M].北京:地质出版社,2005.

[2] 中国地质调查局.地质图空间数据库建设工作指南(2.0版)(2001)[S].

[3] 中国地质调查局.1∶5万区域地质图空间数据库建设技术要求及实施细则(2012)[S].

[4] 李丰丹,李超岭,刘畅,等.数字地质调查系统中空间数据库建设库流程关键技术的解决方案[J].地质通报,2008,27(7):980-985.

[5] GBT 13989—92,国家基本比例尺地形图分幅和编号[S].

[6] GB 9649—1998,地质矿产术语分类代码[S].

[7] 黄祥芝.湖北省区域地质图空间数据库成果[J].资源环境与工程,2011,25(6):642-647.

[8] 谢铭英,高云,李宝琦,等.RGMAPGIS建立地质图空间数据库中应注意的问题[J].资源环境与工程,2015,29(1):74-80.

(责任编辑：陈文宝)

Establishment and Progress of Efficient Maintenanceof Geological Map Database in Hubei

CHEN Xiaolin, XU Shan, XI Tongxi

(HubeiGeologicalSurvey,Wuhan,Hubei430034)

The paper introduces completion and updating of different scale,different types of database.Construction,main achievements and application of 1∶500 00 regional geological map database is introduced in detail.

spatical database; regional geologic map; database structure; database maintenance; Hubei province

2015-04-27;改回日期:2015-05-11

陈晓林(1956-),男,高级工程师,地质专业,从事地质矿产研究工作。E-mail:xiaolin56152@sina.com

P628+.4

A

1671-1211(2015)04-0486-07

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.201504025

数字出版网址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20150716.1326.002.html 数字出版日期:2015-07-16 13:26