郭加朋，焦麗香，焦何亭，周蕊蕊

(1.山東省自然資源資料檔案館，山東 濟南 250013；2.中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心山東總隊，山東 濟南 250100；3.菏澤市自然資源和規(guī)劃局，山東 菏澤 274000)

0 引言

地質(zhì)工作要始終服從國民經(jīng)濟、社會發(fā)展和國家安全需要為首要出發(fā)點和落腳點，為經(jīng)濟社會發(fā)展提供基礎資料，為國家宏觀決策提供科學依據(jù)[1-4]。目前，山東省已建成有地質(zhì)資料信息服務集群化產(chǎn)業(yè)化試點研究、山東省重要鉆孔數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理、地質(zhì)礦產(chǎn)3D系統(tǒng)、山東省建設項目壓覆礦業(yè)權(quán)及礦產(chǎn)地數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng)、山東省地質(zhì)勘查成果應用服務系統(tǒng)、山東省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測服務等多個系統(tǒng)。但已有系統(tǒng)都比較單一，數(shù)據(jù)內(nèi)容單薄，數(shù)據(jù)庫軟件難以集成，山東省地質(zhì)信息化建設的現(xiàn)狀與地質(zhì)信息利用單位對信息化的需求不相匹配[5-6]。

1 地質(zhì)數(shù)據(jù)現(xiàn)狀及其特點分析

1.1 成果地質(zhì)資料現(xiàn)狀及特點分析

截至2020年底，山東省自然資源資料檔案館館藏包括基礎地質(zhì)、礦產(chǎn)地質(zhì)、水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)、地球物理與地球化學、遙感地質(zhì)和各類地質(zhì)科研成果等資料15000余檔，涵蓋全省100多年來各個時期形成的成果地質(zhì)資料[4]。館藏資料中時間最早的為1907年，大部分為解放以后形成的地質(zhì)資料，日文資料189檔，英文資料2檔。按專業(yè)類別統(tǒng)計，區(qū)域地質(zhì)類成果共有349部；礦產(chǎn)地質(zhì)類成果有10416部，其中能源礦產(chǎn)(含壓礦)3176部、金屬礦產(chǎn)4940部、非金屬礦產(chǎn)2016部、水氣礦產(chǎn)284部、油氣礦產(chǎn)1596部；水工環(huán)地質(zhì)類成果2554部；物化遙和農(nóng)業(yè)地質(zhì)類共892部；地質(zhì)科研和其他類成果共有866部。館內(nèi)還珍藏著翁文灝、譚錫疇、劉國昌、馬子驥等人親自編寫的成果資料，多數(shù)為原稿(照片1)，這些資料是我國地質(zhì)發(fā)展史上的重要文化遺產(chǎn)，具有較高的歷史文化研究價值[7-8]。數(shù)據(jù)精度從1∶1萬到1∶50萬，數(shù)據(jù)覆蓋省級--區(qū)域級—城鎮(zhèn)級不同尺度，地理覆蓋范圍從陸地到海洋，地理空間從地下鉆孔、地表土壤到地上航空遙感，這些資料格式多樣、復雜性高、數(shù)據(jù)量大、數(shù)據(jù)增長快、可獲取價值高[9-11]。

照片1 翁文灝手稿1

1.2 基礎地質(zhì)類數(shù)據(jù)

全省基礎地質(zhì)類數(shù)據(jù)主要包括1∶25萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查數(shù)據(jù)、1∶20萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查數(shù)據(jù)、1∶5萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查數(shù)據(jù)、1∶25萬區(qū)域水文地質(zhì)調(diào)查數(shù)據(jù)、1∶20萬區(qū)域水文地質(zhì)調(diào)查數(shù)據(jù)、1∶5萬區(qū)域水文地質(zhì)調(diào)查數(shù)據(jù)以及全省生態(tài)農(nóng)業(yè)地球化學調(diào)查數(shù)據(jù)等。基礎地質(zhì)類數(shù)據(jù)(中國地質(zhì)調(diào)查局統(tǒng)一下發(fā))主要是以標準分幅形式存儲，數(shù)據(jù)主要內(nèi)容包含基礎地理、地質(zhì)圖層、專題數(shù)據(jù)和專題報告等。除存有紙質(zhì)報告和圖件外，還存儲了電子數(shù)據(jù)。報告附表以word為主要存儲格式，附圖以MapGIS為主要存儲格式。

1.3 鉆孔資料數(shù)據(jù)

鉆孔資料是地質(zhì)調(diào)查、資源評價最重要的原始成果，是原始地質(zhì)資料最重要的組成部分，是巖心不可缺少的屬性說明資料[12-13]。經(jīng)過地質(zhì)人的艱苦卓絕的努力，山東省積累了大量地質(zhì)鉆孔資料，據(jù)統(tǒng)計，已入庫館藏鉆孔基本信息齊全的鉆孔數(shù)達6萬多眼。

按照鉆孔類型統(tǒng)計，金屬礦產(chǎn)地質(zhì)勘查鉆孔較多，共計24817眼，占42.08%，其次是煤田地質(zhì)勘查鉆孔，達16753眼，占28.40%。再次是非金屬地質(zhì)勘查鉆孔5183眼，占8.79%(圖1)。

按照鉆孔深度統(tǒng)計，孔深500～1000m鉆孔個數(shù)最多，達11792眼。其次為孔深300～500m的鉆孔數(shù)為11470眼， 100～300m的鉆孔數(shù)為19943眼，前3項鉆孔數(shù)相當。95%以上的鉆孔深度都小于1000m，反映出早期勘查的主要對象為淺部資源?？咨?000m以上的鉆孔大多為巖金、巖鹽、煤炭地質(zhì)勘查及科學研究性質(zhì)施工的鉆孔(圖2)。

圖1 山東省不同類別鉆孔數(shù)量統(tǒng)計圖

圖2 館藏鉆孔深度分布特征圖

2 “透視山東”建設現(xiàn)狀

2.1 建設內(nèi)容

將山東省歷年積累的地質(zhì)資料，經(jīng)標準化處理，建立集成基礎地質(zhì)、礦產(chǎn)勘查、資源分布與開發(fā)利用等相關(guān)成果數(shù)據(jù)庫，利用數(shù)據(jù)集成，構(gòu)建“透視山東”三維可視化模型和地質(zhì)信息綜合利用智能管理平臺，歸結(jié)為“一庫一模一平臺”，實現(xiàn)地質(zhì)工作管理和服務利用的數(shù)字化、信息化、智能化[15-16]。

(1)建設地質(zhì)信息集成數(shù)據(jù)庫。制定統(tǒng)一標準，收集、歸集整理全省歷史存量成果資料進行標準化處理，建設可實時更新的地質(zhì)信息數(shù)據(jù)庫。

(2)建立山東省三維可視化地質(zhì)模型。利用標準化的地質(zhì)信息資料，采用顯式剖面與隱式自動相結(jié)合的三維建模技術(shù)，將全省分為魯東低山丘陵區(qū)、魯中南中低山丘陵區(qū)和魯西北平原區(qū)3個地質(zhì)單元，統(tǒng)一構(gòu)建起山東省全域范圍、控制深度1000m標高的三維可視化地質(zhì)模型。

(3)開發(fā)建設山東省地質(zhì)信息綜合利用智能管理平臺(圖3)。圍繞數(shù)據(jù)庫所存儲數(shù)據(jù)資料的綜合利用，開發(fā)包含相關(guān)功能模塊的管理平臺，實現(xiàn)地質(zhì)信息查詢、地質(zhì)勘查信息化管理與決策功能、“智慧探礦”“智慧礦保”數(shù)據(jù)分析、城市地下空間開發(fā)利用決策、國土空間開發(fā)和“雙評價”地質(zhì)信息支撐、服務重大工程選址和運營管理提供基礎。

圖3 山東省地質(zhì)信息綜合利用智能管理平臺架構(gòu)

2.2 取得的初步成果

2.2.1 館藏資料整理與數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)設計

本次重點梳理了館藏鉆孔資料情況，全面掌握了館藏的成果報告中鉆孔資料，主要包括鉆孔柱狀圖、地層描述、化驗分析結(jié)果和鉆孔的基本情況。在此基礎上，進行了地質(zhì)信息集成數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)設計，明確了數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容、數(shù)據(jù)存儲結(jié)構(gòu)、圖層命名與編碼及數(shù)據(jù)采集質(zhì)量控制等內(nèi)容，編制了《鉆孔資料錄入工作指南(試行)》。

2.2.2 制定全省鉆孔標準化地層分層及圖式圖例

以《關(guān)于印發(fā)〈山東省地層侵入巖構(gòu)造單元劃分方案〉的通知》(魯國土資字〔2014〕185號)中的地層、侵入巖劃分方案為依據(jù)，結(jié)合多尺度地質(zhì)圖(以1∶25萬地質(zhì)圖為主，1∶50萬、1∶5萬、1∶20萬地質(zhì)圖為輔)，參考國內(nèi)外三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型分層經(jīng)驗，尤其是濟南三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型分層標準，在全面梳理館藏鉆孔數(shù)據(jù)的基礎上，建立了山東省三維可視化地質(zhì)模型“系-統(tǒng)-組(序列)-巖性工程地質(zhì)特征”等4級183層分層標準。完成了1585個4級分層編碼的顏色與花紋設計，同時在MapGIS 10三維建模系統(tǒng)里采用逐級分層編碼填充顏色與花紋的方式，建立了透視山東項目三維地質(zhì)模型圖式圖例系統(tǒng)庫。

2.2.3 完成鉆孔標準化及三維地質(zhì)框架和典型礦區(qū)模型建設

按照“系-統(tǒng)-組(序列)-巖性工程地質(zhì)特征”分層標準對鉆孔進行標準化，優(yōu)先對剖面控制性鉆孔進行數(shù)字化和標準化，對礦產(chǎn)勘查孔揭露礦體的品位測試數(shù)據(jù)和水文地質(zhì)勘察孔的試驗化驗數(shù)據(jù)均進行了數(shù)字化。累計完成了24000個鉆孔數(shù)字化入庫、24000個鉆孔的標準化。

結(jié)合建模軟件設計及其對數(shù)據(jù)格式的要求，完成了全省地質(zhì)區(qū)圖層的拓撲檢查和屬性修改處理；完成了全省斷層線圖層的屬性結(jié)構(gòu)修改和賦值處理；完成了全省DEM數(shù)據(jù)的格式轉(zhuǎn)換和鑲嵌拼接。DEM數(shù)據(jù)和地質(zhì)圖所有圖層均通過投影變換轉(zhuǎn)換為2000國家坐標系，為剖面數(shù)據(jù)的生成奠定了基礎。

按照五級構(gòu)造單元劃分標準，每一個單元有剖面控制，垂直于主要構(gòu)造和地層走向方向有剖面控制，重要城市、港口、重大工程建設區(qū)有剖面控制，主干剖面和輔助剖面結(jié)合控制，穿過代表性高質(zhì)量鉆孔有剖面控制的剖面部署“5控制原則”，在魯東建模區(qū)布設縱橫交叉剖面90條(圖4)，完成了90條縱橫交叉控制性剖面的編制，總長度10265km，搭建了魯東地區(qū)三維地質(zhì)框架。選取魯東地區(qū)黃縣煤田和焦家金礦帶作為典型礦區(qū)布設加密剖面進行礦區(qū)三維地質(zhì)模型建設。

圖4 三維建模地質(zhì)剖面圖

3 “透視山東”建設展望

3.1 “透視山東”建設條件成熟

按照國家信息化和網(wǎng)絡強國戰(zhàn)略部署，自然資源部提出全面推動新一代信息技術(shù)與自然資源管理的深度融合，實現(xiàn)自然資源管理的數(shù)字化、網(wǎng)絡化和智能化。山東省自然資源廳與七部門聯(lián)合頒發(fā)的《關(guān)于進一步加強山東地質(zhì)工作的意見》中提出打造“智慧地質(zhì)”，提升信息化管理和服務水平。云計算、大數(shù)據(jù)和人工智能、GIS、物聯(lián)網(wǎng)、遙感、無人機技術(shù)的迅猛發(fā)展，地質(zhì)信息集成與三維建模技術(shù)日益成熟，地質(zhì)信息集成與三維建模工作已在各地質(zhì)領域推廣普及，四維動態(tài)模型也開展了探索性工作[17-19]。如濟南、青島等城市地質(zhì)建模、泉域地下水建模、重點礦山信息管理等，已梳理出一套完整的技術(shù)體系，為實現(xiàn)全省的透明可視化提供了有利技術(shù)支撐[20]。省內(nèi)目前實施的“天地圖”、“地質(zhì)云·山東”、“一張圖”、“實景三維山東建設”等重大信息化工程，可為項目建設提供精度高、現(xiàn)勢性強的基礎地理信息數(shù)據(jù)資源，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。

3.2 認清建設難度和攻克技術(shù)難題

認真總結(jié)建設過程中的得失，認清“透視山東”建設是一項開拓性工作，在全面展開工作前，應進行充分調(diào)研，做到有的放矢，加強計算機輔助管理和決策的效用。對于地質(zhì)條件復雜的地區(qū)，尤其是鉆孔缺乏地區(qū)，利用物探資料輔助三維地質(zhì)建模還沒有形成快速有效的解決辦法，需要進一步探索，目前計算機對三維地質(zhì)模型數(shù)據(jù)運算效率和展示速度存在技術(shù)瓶頸，后期模型的運算和服務需要攻克展示速度、展示效果、自動更新等多項關(guān)鍵技術(shù)問題。

4 結(jié)論

山東省地質(zhì)信息存在多樣性、多尺度、多維性、異構(gòu)性和海量性等特點，若要實現(xiàn)這些數(shù)據(jù)的建模和可視化是一件非常復雜的工作。在建設過程中應結(jié)合三維地質(zhì)建模對數(shù)據(jù)精度和一致性的要求，按一定的規(guī)則對原始鉆孔、剖面、地質(zhì)圖進行概化處理，使得這些反應地質(zhì)結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)逐步變得有序化。透視山東緊緊圍繞“一庫一模一平臺”進行建設，以省域范圍的三維地質(zhì)模型數(shù)據(jù)、地質(zhì)成果數(shù)據(jù)等多源數(shù)據(jù)開展研究，通過集成整合多種開源分布式數(shù)據(jù)庫和文件系統(tǒng)，分別用來存儲和管理關(guān)系型數(shù)據(jù)、切片型數(shù)據(jù)、實時性數(shù)據(jù)、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)以及多類型數(shù)據(jù)，實現(xiàn)多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的集成與一體化管理。加大公開信息資源供給，進一步完善地質(zhì)資料匯交誠信體系，切實加強事中、事后監(jiān)管。建立自然資源、住房城鄉(xiāng)建設、交通運輸、水利等部門地質(zhì)資料數(shù)據(jù)共享協(xié)作機制，加快海量地質(zhì)數(shù)據(jù)匯聚集成，推進地質(zhì)數(shù)據(jù)資源整合共享。圍繞國家重大戰(zhàn)略部署需求，形成適應國家、社會、市場需求的專題服務產(chǎn)品。