GIS在矿产资源潜力评价中的应用

孙元

（中国矿业大学环境与测绘学院,江苏徐州221116）

GIS在矿产资源潜力评价中的应用

孙元

（中国矿业大学环境与测绘学院,江苏徐州221116）

GIS技术的广泛应用为矿产资源潜力评价提供了新的思路和手段，并对其产生了深远的影响。简要介绍了 GIS、矿产资源潜力评价及GIS在矿产资源潜力评价中的应用现状，并根据基于GIS矿产资源潜力评价的3个步骤，详细阐述了GIS在矿产资源潜力评价中的具体应用及其优越性。

GIS;GIS应用现状;矿产资源潜力;评价路线

矿产资源是人类社会赖以生存和发展的物质基础，随着生产力水平的提高和科学技术的不断发展，矿产资源的利用程度及其工业价值也将不断提高。鉴于矿产资源在经济发展中举足轻重的地位，我国已经将矿产资源潜力评价作为制定国家矿产资源战略、加强资源宏观调控的重要依据。传统的矿产资源评价主要依据专家的经验，通过对预测区范围内地、物、化、遥等资料进行研究，并利用手工方法在图纸上定性地圈定矿预测靶区。该方法存在以下缺点：①评价模型主要是针对数值型数据而非图形数据；②评价过程中难以实现可视化的互操作，并且空间对象之间的复杂关系难以直观地体现；③难以将实现评价的结果可视化表达[1]。而 GIS通过图形操作对空间对象关系进行分析，在此基础上通过可视化界面输出分析结果，这不仅可以在矿产资源评价过程中实现人机交互操作，并且评价结果能进行可视化展示。因此该技术为矿产资源多源信息的集成管理提供了理想的解决途径；从而很好地弥补了传统矿产资源评价中的不足，成为专家们在矿产资源评价方面的有利工具[2]。

1 GIS在矿产资源潜力评价中的研究现状

1.1 GIS简述

GIS是指在计算机软硬件支持下，运用系统工程和信息科学方法，对地表空间数据进行采集、存储、显示、查询、操作、分析和建模，以提供对资源、环境和区域等方面规划、管理、决策和研究的人机系统[3]。GIS作为一门新兴技术，从学科的角度来看，是在地理学、地图学、测量学、信息科学、管理科学和计算机等学科的基础上发展起来的一门学科，具有独立的学科体系；从应用和技术的角度来看，就是解决空间问题的工具、方法和技术；从功能的角度看，具有空间数据的获取、存储、显示、编辑、处理、分析、输出和应用等功能；从系统学的角度看，具有一定的结构和功能，是一个完整的系统[3]。GIS所具有的这些实用性特点，使其能够应用于诸多领域，如区域地质调查、地质找矿和矿产资源预测及评价、土地整治和自然资源管理及区域经济规划、城市规划和建设、各种灾害的评估和防治、农作物估产以及耕地动态变化等。目前，GIS在理论和应用上都处在一个飞速发展的时期，GIS的广泛应用、普及必将成为21世纪的一个重要特征。

1.2 国内外研究现状

GIS应用于资源评价中，起始于70～80年代，美国、加拿大、澳大利亚等发达国家较先把GIS技术与矿产资源评价结合起来并成功应用，而我国GIS技术应用研究起步较晚[4-6]。我国将GIS技术应用于矿产资源潜力评价始于20世纪80年代中后期，许多研究部门及大专院校，运用GIS技术在全国一定范围内开展了矿产资源潜力评价的工作，初步研制出基于GIS平台的矿产资源评价辅助决策系统，并对部分矿种实施了资源潜力评价研究[7]，如中国地质科学院肖克炎博士的课题组在 MapGIS软件平台上开发了矿产资源评价系统 (MRAS)[8]，中国地质大学（武汉）数学地质遥感地质研究所开发了金属矿产资源评价分析系统（MORPAS）[9]等。

国内外实践证明：把GIS应用于矿产资源潜力评价，已成为地质学家在矿产资源潜力评价方面的重要手段，这主要是因为：①它改变了传统矿产资源的评价体系；②它提高了矿产资源评价的效率，简化了评价的过程。随着GIS和矿产资源潜力评价理论的有机结合，必将对矿产资源潜力评价体系及地学工作者的思维方式和研究方法产生深远的影响。

2 基于GIS矿产资源潜力的评价路线

矿产资源潜力评价是通过研究地质工作中所获得的数据与资料，结合地质学理论及其基本分析方法，在总结成矿地质条件和成矿规律的基础上，将其转化为矿产资源信息，从而实现对地壳的某一部分或某一单元内矿产资源的潜力、利用的可能性及其经济价值做出合理的评估[10]。

图1 矿产资源一般评价过程

国内外常用的矿产资源评价方法体系的评价过程如图1所示，概括为地、矿、物、化、遥和科研资料的汇集，建立空间数据库，成矿信息提取，信息的综合，成矿理论的应用，预测远景区的圈定和优化[11]。由于GIS在管理、分析和综合多源、多时态、多层次空间信息方面的优势以及具有高效、快捷、准确的空间信息分析功能，使其逐渐成为矿产资源潜力评价的主要手段[12-14]。基于GIS的矿产资源潜力评价主要步骤有：①整合地质、矿产、航磁、化探、遥感等多源地学信息，建立空间数据库；②利用GIS的空间分析功能，对收集的资料分别进行深度挖掘；③通过对研究区找矿标志的建立，在GIS技术支持下，对不同数据源的成矿信息分别建立图层，对找矿信息的空间综合叠加分析，圈定勘查靶区[15]，矿产资源GIS评价工作流程如图2所示。

图2 矿产资源GIS评价工作流程

3 GIS在矿产资源潜力评价中的应用

随着数据资源的不断积累、评价方法研究的深入、GIS软件功能的增强、高性能硬件设备价格的大幅度下降，GIS必将在矿产资源潜力评价中发挥越来越大的作用。以下就基于GIS的矿产资源潜力评价的基本步骤：地学基础空间数据库的建设，矿产潜力评价综合模型的建立，矿产资源潜力综合评价并预测矿产资源分布进行论述。

3.1 基于GIS数据库的建立

我国开始研制的矿产资源数据库都是基于矿产资源的非空间数据的管理，基于空间信息的矿产资源潜力评价不仅涉及到空间信息的位置而且也与其分布有着直接或间接的联系。利用GIS手段可以对空间信息进行标准化和规范化处理，建立矿产资源潜力评价GIS数据库[16,17]。

GIS数据库包括空间数据库与属性数据库。空间数据库设计是矿产资源潜力评价信息系统建设中的一项重要工作，其涉及的技术关键问题为GIS数据库图层的设计、数据库标准化及图形采集精度误差控制分析[18]。属性是一个实体特征，属性数据是描述真实实体特性的数据集，只有空间图形与属性数据有机的结合，真正的信息系统才有可能建立。因此，基于单纯的图形或单纯的属性数据而建立起来的信息系统是无意义的。矿产资源潜力评价信息数据库中的图形数据库和属性数据库它们之间的关系如图3所示。

图3 矿产资源潜力评价数据库构成

空间数据库建立之后，图形信息与属性之间可以实现灵活双向查询检索，即可从图形检索各种属性信息，也可以根据地质体的各种专题属性实现其对应图形的检索，还可以进行多种属性组合条件的查询与检索，如在地质图空间数据库中根据地层、岩性、构造等属性检索出相应的地质体；还可以通过表示地质现象的点（矿床、钻孔、采样点等）、线（断层、线性构造、河流等）以及面（地层、岩体、异常区等）检索它们的属性。数据库一旦建立，其中的数字数据即作为一种资源存储在计算机内，可反复使用。当在同一地区进行深入的研究，或进行其他涉及库中信息的研究时，即可应用数据库的管理功能，检索出所需的信息，这大大提高矿产资源潜力评价的效率[16，19，20]。

3.2 要素提取、综合与模型的建立

一般GIS在矿产资源评价中可通过以下途径来进行信息的提取与综合：①直接利用GIS的一些基本空间分析功能，通过研究空间实体（地质体、地质现象、矿产实体）及相互关系（如空间实体的关系运算、BUFFER分析、叠置分析等）而达到评价的目的；②结合矿产预测数学模型进行综合评价[1]，主要结合方式如图4所示[21]。

图4 信息处理过程

基于GIS的成矿信息提取就是运用GIS空间分析技术和其他学科专业理论知识，将地学数据信息表达成GIS空间数据库图层或以图层方式展现的属性表（就是GIS能够理解的方式），并对其中的隐含的成矿信息进行深度地挖掘，找出反映矿床定位和矿床规模的信息。

3.2.1 空间分析方法

为了能充分利用已经建立的基础地学数据库，必须使用GIS提供的空间分析功能[22]。GIS空间分析功能包括2个不同的应用层次[23]：①根据空间对象之间的关系及其分布特征，通过图形分析操作实现对特征因子的提取，生成新的专题图层；②根据具体的应用目标，模拟真实的地质作用过程，通过构建空间分析模型实现与GIS系统的集成。

一般GIS空间分析在矿产资源潜力评价中的应用情况可以这样描述：利用GIS的空间分析功能（如包含、缓冲区分析、叠加分析、统计分析等）生成新的专题信息图层，然后利用GIS的空间查询功能检索出满足条件的空间信息，在此基础上进行信息提取和查询分析，如将用GIS方式表达的地质图、矿产图和构造图等各种地质图件与评价单元文件叠加，可计算得到所需评价单元的定性和定量数据信息，还可以利用已有的变量进一步进行地质变量综合与转换，实现对深层次信息的挖掘，使隐含的信息和规律显性化。其中在GIS空间查询中所用到的GIS空间索引技术在空间数据高效、快速检索的过程中发挥着重要的作用，它是对存储在介质上的数据位置信息的描述，运用于矿产资源潜力评价中可以提高系统对地学数据获取的效率。空间索引的主要常见方法有：Cell空间索引、四叉树空间索引、RTree及其扩展的空间索引。目前空间索引技术主要应用于矢量数据查询检索、空间数据库的管理等[24]。

简单地说：GIS空间分析功能是成矿信息获取的主要手段，也是实现成矿信息自动提取与变量转换的主要思路和内容。

3.2.2 评价模型的建立

在GIS空间数据库建设中一项非常重要的内容是根据预测评价矿种及资料水平来进行空间数据库地学数据模型的设计[25,26]，传统的矿产资源评价是基于专家找矿模型来实现对资源的合理评价，而利用GIS技术的空间分析功能可以反推找矿模型，这实现了评价模式的转变[27]。矿产资源潜力评价模型实际为基于 GIS的应用模型，即根据具体的应用目标和问题，借助GIS技术优势，使观念世界中形成的概念模型具体化为信息世界中可操作的机理和过程。

矿产资源潜力的评价模型包括反映矿产形成及成矿表现的矿床成矿模型、综合标志找矿模型、矿床地质环境模型和社会经济模型等内容[28]。在潜力评价模型的建立过程中，可用GIS表达模型诸要素，如在矿床模型中可表达的要素为：成矿地质背景、矿床成矿要素、成矿产物、成矿标志等。具体过程可以概括为：在多源地学信息空间数据库的基础上，根据确定的评价因子，利用GIS提供的空间分析功能处理多源地学信息，进行专题信息的提取和生成，形成适合矿产资源潜力评价的专题图层和专题属性，并建立综合信息评价模型[14]。

3.3 矿产资源潜力预测

评价科学理论的3条准则为：深刻、统一和预测[29]。由此可见，预测能力是评价科学理论的重要标准。预测的目的是应用当代先进的地质理论和现代化的技术方法将与矿产有关的资料（数据或信息）转化为资源量的概念，进而圈定预测远景区，缩小勘查目标区，减小发现矿床的风险，从而提高找矿成效和预见性[30]。

在矿产资源潜力预测中，借助GIS工具能够探索已知矿带与地质、地球物理和地球化学图的组合关系，最终利用组合图进行潜力预测。GIS在矿产资源潜力评价中的应用过程如图5所示。

图5 GIS在矿产资源潜力预测中的工作流程

在矿产资源潜力评价的实际工作中，主要面临预测要素信息提取与综合、多元信息分析与表达、找矿信息立体化等问题，而这恰好可以用GIS技术解决。其中，空间分析和空间索引技术可以解决信息提取与综合问题；GIS空间数据库可以高效地实现数据的录入、修改、统计、查询等功能。同时，GIS的应用模型可使观念世界中形成的概念模型转化为预测评价模型，并使之具体化、形象化。

4 结 语

GIS技术所提供的多源地学信息的管理能力、空间分析、查询及图形可视化能力大大提高了矿产资源潜力的评价效率，使矿产资源潜力评价研究进入了一个崭新的领域。基于GIS进行矿产资源评价把地质数据和地质模型联系起来，这样不仅可以深化对可用地质数据的认识，而且可加深对地质模型本身的理解。所以说实现矿产资源潜力评价方法与GIS功能的有机结合，是矿产资源评价发展史上一次大的飞跃，本文仅简要地叙述了GIS技术在矿产资源潜力评价中的应用，具体实现过程并未涉及。

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Application of GIS in Mineral Resource Potential Assessment

by SUN Yuan

The wide application of GIS technology provides new ideas and means for mineral resources potential assessment,and has farreaching influence in mineral resources potential assessment system. This paper introduced the GIS,mineral resources potential assessment and the application status of the research with GIS in mineral resources potential assessment,also described in detail the GIS in mineral resources potential assessment in the specific application and its superiority based on the three steps of mineral resources potential assessment with GIS.

GIS，GIS application status，mineral resources potential assessment，the route of assessment

2011-11-30

项目来源：国土环境与灾害监测国家测绘局重点实验室开放基金资助项目（LEDM 2009C03）；中国矿业大学青年科研基金资助项目（2009A036）。

P208

B

1672-4623(2012)03-0057-04

孙元，硕士，主要研究方向为基于GIS的矿产资源评价。