山东省地质信息集成与综合利用探索——积极推进“透视山东”建设

郭加朋，焦丽香，焦何亭，周蕊蕊

(1.山东省自然资源资料档案馆，山东 济南 250013；2.中国建筑材料工业地质勘查中心山东总队，山东 济南 250100；3.菏泽市自然资源和规划局，山东 菏泽 274000)

0 引言

地质工作要始终服从国民经济、社会发展和国家安全需要为首要出发点和落脚点，为经济社会发展提供基础资料，为国家宏观决策提供科学依据[1-4]。目前，山东省已建成有地质资料信息服务集群化产业化试点研究、山东省重要钻孔数据统一管理、地质矿产3D系统、山东省建设项目压覆矿业权及矿产地数据库应用系统、山东省地质勘查成果应用服务系统、山东省地质环境监测服务等多个系统。但已有系统都比较单一，数据内容单薄，数据库软件难以集成，山东省地质信息化建设的现状与地质信息利用单位对信息化的需求不相匹配[5-6]。

1 地质数据现状及其特点分析

1.1 成果地质资料现状及特点分析

截至2020年底，山东省自然资源资料档案馆馆藏包括基础地质、矿产地质、水文地质、工程地质、环境地质、地球物理与地球化学、遥感地质和各类地质科研成果等资料15000余档，涵盖全省100多年来各个时期形成的成果地质资料[4]。馆藏资料中时间最早的为1907年，大部分为解放以后形成的地质资料，日文资料189档，英文资料2档。按专业类别统计，区域地质类成果共有349部；矿产地质类成果有10416部，其中能源矿产(含压矿)3176部、金属矿产4940部、非金属矿产2016部、水气矿产284部、油气矿产1596部；水工环地质类成果2554部；物化遥和农业地质类共892部；地质科研和其他类成果共有866部。馆内还珍藏着翁文灏、谭锡畴、刘国昌、马子骥等人亲自编写的成果资料，多数为原稿(照片1)，这些资料是我国地质发展史上的重要文化遗产，具有较高的历史文化研究价值[7-8]。数据精度从1∶1万到1∶50万，数据覆盖省级--区域级—城镇级不同尺度，地理覆盖范围从陆地到海洋，地理空间从地下钻孔、地表土壤到地上航空遥感，这些资料格式多样、复杂性高、数据量大、数据增长快、可获取价值高[9-11]。

照片1 翁文灏手稿1

1.2 基础地质类数据

全省基础地质类数据主要包括1∶25万区域地质调查数据、1∶20万区域地质调查数据、1∶5万区域地质调查数据、1∶25万区域水文地质调查数据、1∶20万区域水文地质调查数据、1∶5万区域水文地质调查数据以及全省生态农业地球化学调查数据等。基础地质类数据(中国地质调查局统一下发)主要是以标准分幅形式存储，数据主要内容包含基础地理、地质图层、专题数据和专题报告等。除存有纸质报告和图件外，还存储了电子数据。报告附表以word为主要存储格式，附图以MapGIS为主要存储格式。

1.3 钻孔资料数据

钻孔资料是地质调查、资源评价最重要的原始成果，是原始地质资料最重要的组成部分，是岩心不可缺少的属性说明资料[12-13]。经过地质人的艰苦卓绝的努力，山东省积累了大量地质钻孔资料，据统计，已入库馆藏钻孔基本信息齐全的钻孔数达6万多眼。

按照钻孔类型统计，金属矿产地质勘查钻孔较多，共计24817眼，占42.08%，其次是煤田地质勘查钻孔，达16753眼，占28.40%。再次是非金属地质勘查钻孔5183眼，占8.79%(图1)。

按照钻孔深度统计，孔深500～1000m钻孔个数最多，达11792眼。其次为孔深300～500m的钻孔数为11470眼， 100～300m的钻孔数为19943眼，前3项钻孔数相当。95%以上的钻孔深度都小于1000m，反映出早期勘查的主要对象为浅部资源。孔深2000m以上的钻孔大多为岩金、岩盐、煤炭地质勘查及科学研究性质施工的钻孔(图2)。

图1 山东省不同类别钻孔数量统计图

图2 馆藏钻孔深度分布特征图

2 “透视山东”建设现状

2.1 建设内容

将山东省历年积累的地质资料，经标准化处理，建立集成基础地质、矿产勘查、资源分布与开发利用等相关成果数据库，利用数据集成，构建“透视山东”三维可视化模型和地质信息综合利用智能管理平台，归结为“一库一模一平台”，实现地质工作管理和服务利用的数字化、信息化、智能化[15-16]。

(1)建设地质信息集成数据库。制定统一标准，收集、归集整理全省历史存量成果资料进行标准化处理，建设可实时更新的地质信息数据库。

(2)建立山东省三维可视化地质模型。利用标准化的地质信息资料，采用显式剖面与隐式自动相结合的三维建模技术，将全省分为鲁东低山丘陵区、鲁中南中低山丘陵区和鲁西北平原区3个地质单元，统一构建起山东省全域范围、控制深度1000m标高的三维可视化地质模型。

(3)开发建设山东省地质信息综合利用智能管理平台(图3)。围绕数据库所存储数据资料的综合利用，开发包含相关功能模块的管理平台，实现地质信息查询、地质勘查信息化管理与决策功能、“智慧探矿”“智慧矿保”数据分析、城市地下空间开发利用决策、国土空间开发和“双评价”地质信息支撑、服务重大工程选址和运营管理提供基础。

图3 山东省地质信息综合利用智能管理平台架构

2.2 取得的初步成果

2.2.1 馆藏资料整理与数据库结构设计

本次重点梳理了馆藏钻孔资料情况，全面掌握了馆藏的成果报告中钻孔资料，主要包括钻孔柱状图、地层描述、化验分析结果和钻孔的基本情况。在此基础上，进行了地质信息集成数据库的结构设计，明确了数据库的内容、数据存储结构、图层命名与编码及数据采集质量控制等内容，编制了《钻孔资料录入工作指南(试行)》。

2.2.2 制定全省钻孔标准化地层分层及图式图例

以《关于印发〈山东省地层侵入岩构造单元划分方案〉的通知》(鲁国土资字〔2014〕185号)中的地层、侵入岩划分方案为依据，结合多尺度地质图(以1∶25万地质图为主，1∶50万、1∶5万、1∶20万地质图为辅)，参考国内外三维地质结构模型分层经验，尤其是济南三维地质结构模型分层标准，在全面梳理馆藏钻孔数据的基础上，建立了山东省三维可视化地质模型“系-统-组(序列)-岩性工程地质特征”等4级183层分层标准。完成了1585个4级分层编码的颜色与花纹设计，同时在MapGIS 10三维建模系统里采用逐级分层编码填充颜色与花纹的方式，建立了透视山东项目三维地质模型图式图例系统库。

2.2.3 完成钻孔标准化及三维地质框架和典型矿区模型建设

按照“系-统-组(序列)-岩性工程地质特征”分层标准对钻孔进行标准化，优先对剖面控制性钻孔进行数字化和标准化，对矿产勘查孔揭露矿体的品位测试数据和水文地质勘察孔的试验化验数据均进行了数字化。累计完成了24000个钻孔数字化入库、24000个钻孔的标准化。

结合建模软件设计及其对数据格式的要求，完成了全省地质区图层的拓扑检查和属性修改处理；完成了全省断层线图层的属性结构修改和赋值处理；完成了全省DEM数据的格式转换和镶嵌拼接。DEM数据和地质图所有图层均通过投影变换转换为2000国家坐标系，为剖面数据的生成奠定了基础。

按照五级构造单元划分标准，每一个单元有剖面控制，垂直于主要构造和地层走向方向有剖面控制，重要城市、港口、重大工程建设区有剖面控制，主干剖面和辅助剖面结合控制，穿过代表性高质量钻孔有剖面控制的剖面部署“5控制原则”，在鲁东建模区布设纵横交叉剖面90条(图4)，完成了90条纵横交叉控制性剖面的编制，总长度10265km，搭建了鲁东地区三维地质框架。选取鲁东地区黄县煤田和焦家金矿带作为典型矿区布设加密剖面进行矿区三维地质模型建设。

图4 三维建模地质剖面图

3 “透视山东”建设展望

3.1 “透视山东”建设条件成熟

按照国家信息化和网络强国战略部署，自然资源部提出全面推动新一代信息技术与自然资源管理的深度融合，实现自然资源管理的数字化、网络化和智能化。山东省自然资源厅与七部门联合颁发的《关于进一步加强山东地质工作的意见》中提出打造“智慧地质”，提升信息化管理和服务水平。云计算、大数据和人工智能、GIS、物联网、遥感、无人机技术的迅猛发展，地质信息集成与三维建模技术日益成熟，地质信息集成与三维建模工作已在各地质领域推广普及，四维动态模型也开展了探索性工作[17-19]。如济南、青岛等城市地质建模、泉域地下水建模、重点矿山信息管理等，已梳理出一套完整的技术体系，为实现全省的透明可视化提供了有利技术支撑[20]。省内目前实施的“天地图”、“地质云·山东”、“一张图”、“实景三维山东建设”等重大信息化工程，可为项目建设提供精度高、现势性强的基础地理信息数据资源，实现数据共享。

3.2 认清建设难度和攻克技术难题

认真总结建设过程中的得失，认清“透视山东”建设是一项开拓性工作，在全面展开工作前，应进行充分调研，做到有的放矢，加强计算机辅助管理和决策的效用。对于地质条件复杂的地区，尤其是钻孔缺乏地区，利用物探资料辅助三维地质建模还没有形成快速有效的解决办法，需要进一步探索，目前计算机对三维地质模型数据运算效率和展示速度存在技术瓶颈，后期模型的运算和服务需要攻克展示速度、展示效果、自动更新等多项关键技术问题。

4 结论

山东省地质信息存在多样性、多尺度、多维性、异构性和海量性等特点，若要实现这些数据的建模和可视化是一件非常复杂的工作。在建设过程中应结合三维地质建模对数据精度和一致性的要求，按一定的规则对原始钻孔、剖面、地质图进行概化处理，使得这些反应地质结构的数据逐步变得有序化。透视山东紧紧围绕“一库一模一平台”进行建设，以省域范围的三维地质模型数据、地质成果数据等多源数据开展研究，通过集成整合多种开源分布式数据库和文件系统，分别用来存储和管理关系型数据、切片型数据、实时性数据、非结构化数据以及多类型数据，实现多源异构数据的集成与一体化管理。加大公开信息资源供给，进一步完善地质资料汇交诚信体系，切实加强事中、事后监管。建立自然资源、住房城乡建设、交通运输、水利等部门地质资料数据共享协作机制，加快海量地质数据汇聚集成，推进地质数据资源整合共享。围绕国家重大战略部署需求，形成适应国家、社会、市场需求的专题服务产品。