數(shù)字地質(zhì)填圖在區(qū)域地質(zhì)調(diào)查實(shí)習(xí)中的應(yīng)用

數(shù)字地質(zhì)填圖在區(qū)域地質(zhì)調(diào)查實(shí)習(xí)中的應(yīng)用數(shù)字地質(zhì)填圖在區(qū)域地質(zhì)調(diào)查實(shí)習(xí)中的應(yīng)用

中圖分類號(hào)：G712文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672-5727〔2022〕01-0168-03

區(qū)域地質(zhì)調(diào)查是地質(zhì)工作中具有戰(zhàn)略意義的綜合性根底工作，是一切地質(zhì)工作的先行步驟。區(qū)域地質(zhì)調(diào)查工作的進(jìn)展情況和研究程度上下，往往是衡量一個(gè)國(guó)家地質(zhì)工作和地質(zhì)科學(xué)技術(shù)總體水平的標(biāo)志，也是制約這個(gè)國(guó)家資源勘查、經(jīng)濟(jì)建設(shè)的重要因素。因此，區(qū)域地質(zhì)調(diào)查辦法是地質(zhì)專業(yè)學(xué)生必須掌握的一項(xiàng)重要根本技能。傳統(tǒng)的地質(zhì)工作，是通過(guò)野外觀測(cè)和察看，把獲得的第一手根底資料記錄在紙介質(zhì)上，然后在此根底上進(jìn)行分析研究。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的開(kāi)展，特別是GIS相關(guān)技術(shù)、地學(xué)信息化技術(shù)的開(kāi)展，許多國(guó)家在20世紀(jì)90年代后相繼發(fā)展了數(shù)字地質(zhì)填圖的研究和實(shí)驗(yàn)，投入了大量的人力物力，開(kāi)展和制定了相應(yīng)的規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)，研制和開(kāi)發(fā)了局部軟件和硬件，并發(fā)展了試點(diǎn)工作。

我校自2022年設(shè)立地質(zhì)專業(yè)以來(lái)就開(kāi)設(shè)了?區(qū)域地質(zhì)調(diào)查》課程，實(shí)習(xí)地點(diǎn)一般選擇在距離南京120公里處的安徽省巢湖市鳳凰山地區(qū)，于2022年與安徽省巢湖鑄造廠簽訂了巢湖實(shí)習(xí)基地協(xié)議。經(jīng)過(guò)全國(guó)二十多所地質(zhì)類院校的共同建設(shè)，目前巢湖實(shí)習(xí)基地已經(jīng)擁有了專門的教學(xué)網(wǎng)絡(luò)和實(shí)驗(yàn)室，有了一套相對(duì)完整的教學(xué)體系，并有采用集成地理信息系統(tǒng)〔GIS〕、衛(wèi)星定位系統(tǒng)〔GPS〕和遙感系統(tǒng)〔RS〕等技術(shù)的數(shù)字地質(zhì)填圖軟件和虛擬教學(xué)基地。

區(qū)域地質(zhì)調(diào)查實(shí)習(xí)

引入數(shù)字地質(zhì)填圖的必要性

安徽巢湖區(qū)域地質(zhì)調(diào)查實(shí)習(xí)是我校針對(duì)五年制高職地質(zhì)專業(yè)四年級(jí)學(xué)生的綜合性野外地質(zhì)實(shí)習(xí)課程，是在學(xué)生系統(tǒng)學(xué)習(xí)地質(zhì)學(xué)專業(yè)課程〔普通地質(zhì)學(xué)、礦物學(xué)、巖石學(xué)、古生物地史學(xué)、構(gòu)造地質(zhì)學(xué)等〕和完成了普地認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)后進(jìn)行的。該實(shí)習(xí)使學(xué)生系統(tǒng)學(xué)會(huì)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查的根本工作辦法，進(jìn)一步理解已學(xué)的根底地質(zhì)理論，提高對(duì)各種地質(zhì)現(xiàn)象的分析能力，同時(shí)為學(xué)生學(xué)習(xí)后續(xù)專業(yè)課和進(jìn)行生產(chǎn)、畢業(yè)實(shí)習(xí)打下根底。巢湖市鳳凰山地辨別布有海西―印支期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)形成的復(fù)式褶皺，組成褶皺的地層包括所有的沉積巖種類，背斜和向斜形態(tài)完整，斷裂構(gòu)造典型而簡(jiǎn)單，加上距離地區(qū)行政中心巢湖市區(qū)缺乏5公里，距離江蘇省省會(huì)南京市120公里，交通非常便利，是較為理想的區(qū)域地質(zhì)調(diào)查實(shí)習(xí)基地。

區(qū)域地質(zhì)調(diào)查一般遵循立項(xiàng)論證、收集資料及野外踏勘、設(shè)計(jì)編審、野外調(diào)查、資料整理、圖件編制、野外驗(yàn)收、報(bào)告編寫、成果驗(yàn)收、資料歸檔等程序。除立項(xiàng)論證等少數(shù)工程外，其余均是巢湖區(qū)域地質(zhì)調(diào)查實(shí)習(xí)的主要內(nèi)容，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生野外地質(zhì)填圖、地質(zhì)調(diào)查報(bào)告編寫、相關(guān)圖件編制和實(shí)際操作能力等是很好的訓(xùn)練。

傳統(tǒng)的區(qū)域地質(zhì)調(diào)查是靠地質(zhì)人員手持地質(zhì)錘、羅盤、放大鏡的“老三件〞，通過(guò)連續(xù)的野外地質(zhì)路線觀測(cè)和察看，把獲得的第一手根底資料記錄在紙介質(zhì)的記錄簿和工作手圖上，再根據(jù)各種觀測(cè)資料進(jìn)行歸納總結(jié)、編寫出地質(zhì)報(bào)告，繪制地質(zhì)圖、地質(zhì)剖面圖、構(gòu)造綱要圖等地質(zhì)圖件。地層產(chǎn)狀、方位角、坡角等地質(zhì)數(shù)據(jù)主要依靠羅盤測(cè)制，精度往往不高，文字、圖件、數(shù)據(jù)等資料保留困難，而且無(wú)法對(duì)測(cè)區(qū)資料進(jìn)行適時(shí)更新。運(yùn)用數(shù)字地質(zhì)填圖后，區(qū)域地質(zhì)調(diào)查實(shí)習(xí)發(fā)生了基本變化。

數(shù)字地質(zhì)填圖是集GPS、GIS、RS技術(shù)于一體，結(jié)合計(jì)算機(jī)軟硬件進(jìn)行野外數(shù)據(jù)采集、處理、成圖和分析一體化的數(shù)字作業(yè)，實(shí)現(xiàn)了野外路線察看過(guò)程精確的定量化描述。在實(shí)習(xí)過(guò)程中，教師首先講授數(shù)字地質(zhì)填圖和相關(guān)計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)，使學(xué)生能用自編計(jì)算機(jī)軟件對(duì)實(shí)測(cè)地層剖面制作、野外地質(zhì)路線觀測(cè)、定位、各種地質(zhì)圖件成圖的全過(guò)程進(jìn)行精確的定量化及數(shù)字化描述，實(shí)現(xiàn)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查的數(shù)字化敘述，完成整個(gè)實(shí)習(xí)過(guò)程從文字到圖件的計(jì)算機(jī)處理。實(shí)習(xí)中我們廣泛使用了野外數(shù)據(jù)采集掌上機(jī)、手持GPS、數(shù)碼相機(jī)和筆記本電腦等“新五件〞，采集、記錄野外資料、野外定點(diǎn)、剖面測(cè)制均在電子地圖上進(jìn)行。從野外踏勘、實(shí)測(cè)地質(zhì)剖面到野外地質(zhì)填圖各階段，實(shí)習(xí)從以教師為主導(dǎo)逐步過(guò)渡到以學(xué)生為主導(dǎo)。學(xué)生對(duì)這種實(shí)習(xí)方式很感興趣，對(duì)高新設(shè)備感到很新奇，都能提高專業(yè)興趣和學(xué)習(xí)熱情，教學(xué)效果非常好。

前期數(shù)字化資料收集和準(zhǔn)備工作

資料收集工作第一，選擇并收集備齊適宜比例尺的地形圖數(shù)據(jù)或紙質(zhì)地形圖作為數(shù)字填圖所需背景圖層的底圖。我校所用1∶10000巢湖鳳凰山地區(qū)數(shù)字地形圖是在1∶50000地質(zhì)圖的根底上按有關(guān)規(guī)定放大、裁剪編制的，以此作為數(shù)字地質(zhì)圖及專題圖的底圖。第二，充沛利用前人工作成果，收集波及測(cè)區(qū)的地層、巖石類型、礦產(chǎn)種類、物化探等資料。第三，確定填圖范圍和填圖比例尺，在綜合研究的根底上，統(tǒng)一野外巖礦石命名，統(tǒng)一填圖辦法和要求，統(tǒng)一圖式圖例。

技術(shù)裝備除常規(guī)填圖所必需的技術(shù)裝備外，數(shù)字地質(zhì)填圖還需要一些特定的硬件設(shè)備：如筆記本電腦、數(shù)碼照相機(jī)、GPS、移動(dòng)硬盤、數(shù)碼攝像機(jī)等。軟件撐持包括野外采集系統(tǒng)和室內(nèi)桌面系統(tǒng)，如用于數(shù)字地質(zhì)填圖數(shù)據(jù)處理的GiSP、實(shí)測(cè)地層內(nèi)業(yè)處理的SDP軟件、用于繪圖的MapGis、Coreldraw等。

制定教學(xué)方案整個(gè)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查實(shí)習(xí)主要分為野外數(shù)據(jù)采集和室內(nèi)資料整理兩個(gè)階段。其內(nèi)容、時(shí)間安頓如表1所示。實(shí)習(xí)時(shí)間共21天，行路等工作耗時(shí)2天，實(shí)際工作時(shí)間19天。

野外數(shù)據(jù)采集

野外數(shù)據(jù)采集階段主要包括路線踏勘、地層剖面實(shí)測(cè)、地質(zhì)填圖三局部。

路線踏勘路線踏勘的目的是認(rèn)識(shí)測(cè)區(qū)內(nèi)分布的地層的巖性、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造特點(diǎn)、地層接觸關(guān)系及辨認(rèn)特征，認(rèn)識(shí)測(cè)區(qū)地質(zhì)構(gòu)造的根本框架。這一階段由實(shí)習(xí)教師負(fù)責(zé)講解，要求學(xué)生練習(xí)使用GPS進(jìn)行定點(diǎn)，同時(shí)地形特征明顯時(shí)，用羅盤練習(xí)前方交匯法定點(diǎn)，并完成野外記錄。路線安頓：〔1〕察看志留系剖面、泥盆系剖面〔獅子口附近〕；〔2〕察看石炭系剖面〔駐地附近〕；〔3〕察看二疊系剖面、三疊系剖面〔柴火山一帶〕。踏勘階段要求學(xué)生掌握GPS的使用辦法，學(xué)習(xí)使用數(shù)字地質(zhì)測(cè)量軟件。每天路線踏勘后，下午和晚上進(jìn)行內(nèi)業(yè)整理，要求各學(xué)生小組按標(biāo)準(zhǔn)完成野外記錄，繪制剖面示意圖。

實(shí)測(cè)地層剖面在一個(gè)地區(qū)進(jìn)行區(qū)域地質(zhì)調(diào)查時(shí)，首先必須確定填圖單位。不同的比例尺填圖單位也不同，不同的地區(qū)〔如侵入巖地區(qū)、變質(zhì)巖地區(qū)〕填圖單位確定原那么和辦法也不同。沉積巖地區(qū)是以巖石地層單位為根底劃分，通過(guò)實(shí)測(cè)地層剖面查明地層層序和厚度，確定填圖單位的。實(shí)測(cè)剖面前一天下午進(jìn)行實(shí)測(cè)地層剖面知識(shí)準(zhǔn)備，安頓專題講座，要求各小組利用課后和晚上的時(shí)間在駐地進(jìn)行模擬測(cè)量。實(shí)測(cè)時(shí)分成4隊(duì)，按照實(shí)習(xí)隊(duì)的安頓對(duì)各自地質(zhì)剖面進(jìn)行實(shí)地測(cè)量。第二天進(jìn)行實(shí)測(cè)剖面資料整理，編寫報(bào)告。根據(jù)各小組的數(shù)據(jù)，要求每個(gè)學(xué)生提交一份完整的綜合成果圖，并提交文字報(bào)告。

地質(zhì)填圖地質(zhì)填圖階段采取穿越地層路線法為主、追索路線法為輔布置路線。地質(zhì)填圖前一天進(jìn)行區(qū)域地質(zhì)測(cè)量階段的知識(shí)準(zhǔn)備，安頓相應(yīng)的講座。填圖時(shí)間安頓6天，前兩天班級(jí)全體學(xué)生在實(shí)習(xí)教師的示范下，沿小山王東北經(jīng)平頂山向斜、鳳凰山背斜至7410廠附近，發(fā)展由一個(gè)向斜和一個(gè)背斜組成的完整地質(zhì)路線測(cè)量，旨在建立學(xué)生對(duì)測(cè)區(qū)褶皺體系的全面認(rèn)知，為最后接圖做準(zhǔn)備。后3天班級(jí)分成兩隊(duì)，在實(shí)習(xí)教師的指導(dǎo)下讓學(xué)生進(jìn)行野外地質(zhì)測(cè)量，通過(guò)實(shí)習(xí)教師的言傳身教，使學(xué)生掌握地質(zhì)測(cè)量的根本辦法。最后一天安頓野外路線考試。

接圖和補(bǔ)充測(cè)量〔補(bǔ)點(diǎn)〕野外實(shí)習(xí)最后一天進(jìn)行接圖、補(bǔ)點(diǎn)以及提交實(shí)際材料圖。

室內(nèi)整理

室內(nèi)整理包括數(shù)據(jù)整理和編輯、編制各種地質(zhì)圖件、編寫地質(zhì)報(bào)告三局部。室內(nèi)整理是整個(gè)實(shí)習(xí)的重要環(huán)節(jié)，是學(xué)生提出問(wèn)題、綜合分析問(wèn)題、總結(jié)提高的過(guò)程。在室內(nèi)整理過(guò)程中，實(shí)習(xí)教師每天要組織講評(píng)，及時(shí)糾正成果編制中的失誤。

實(shí)測(cè)地層剖面數(shù)據(jù)的編輯與整理實(shí)測(cè)地層剖面是指在選擇好的剖面線上對(duì)地層進(jìn)行劃分、測(cè)量與研究。室內(nèi)數(shù)據(jù)處理包括對(duì)各個(gè)數(shù)據(jù)記錄的校對(duì)和完整性的檢查、分層的室內(nèi)歸并以及真厚度計(jì)算，主要通過(guò)SDP實(shí)測(cè)地層內(nèi)業(yè)處理軟件完成。在實(shí)測(cè)地層剖面數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)〔SDP〕中，首先要將野外取得的數(shù)據(jù)保留在系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中，然后再對(duì)它們進(jìn)行加工整理，自動(dòng)繪制成各類表格和地質(zhì)圖件，并可以將計(jì)算結(jié)果、表格和圖件打印輸出。目的是提高實(shí)測(cè)地層剖面工作的質(zhì)量和效率，減輕區(qū)測(cè)工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

GiSP數(shù)據(jù)的輸入和整理GiSP是依托GIS技術(shù)研發(fā)的地質(zhì)調(diào)查數(shù)據(jù)處理平臺(tái)，用來(lái)對(duì)野外確定的位置點(diǎn)進(jìn)行信息補(bǔ)充和完善，同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，在此根底上形成實(shí)際材料圖。GiSP數(shù)據(jù)管理器具有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)編輯功能，導(dǎo)入巢湖地區(qū)填圖區(qū)域地圖后，可以根據(jù)需要錄入、編輯或刪除點(diǎn)位數(shù)據(jù)。位置點(diǎn)和地層產(chǎn)狀的標(biāo)注分別采用“數(shù)據(jù)圖示〞菜單中的“標(biāo)注位置點(diǎn)〞和“標(biāo)注產(chǎn)狀〞選項(xiàng)即可實(shí)現(xiàn)。目前GiSP試用版僅能輸出實(shí)際材料圖框架?？蚣軋D由位置點(diǎn)及其點(diǎn)號(hào)、位置點(diǎn)的產(chǎn)狀、測(cè)區(qū)范圍構(gòu)成。輸出實(shí)際材料圖使用“圖件輸出〞的“導(dǎo)出圖檔〞選項(xiàng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。為了獲得最正確的解析度，在使用“輸出圖檔〞選項(xiàng)之前，應(yīng)該通過(guò)“顯示比例控制〞設(shè)置顯示窗口，盡量將工作區(qū)鋪滿整個(gè)地圖視圖窗口，然后再使用“輸出圖檔〞輸出圖形。GiSP輸出的圖檔可以導(dǎo)入到Coreldraw軟件中與事先翻開(kāi)的專業(yè)圖件底圖疊加進(jìn)行精細(xì)加工。

實(shí)際材料圖和地質(zhì)圖的制作實(shí)際材料圖是在地形圖上的野外操作手圖，反映全部野外工作行為〔路線、地質(zhì)點(diǎn)、地層產(chǎn)狀、地層/巖石單位、礦產(chǎn)資源、斷裂構(gòu)造〕，是地質(zhì)圖和構(gòu)造綱要圖的根底，具有原創(chuàng)性、綜合性和質(zhì)量屬性。繪圖要求上墨不著色。野外所有地質(zhì)點(diǎn)信息檢查整理無(wú)誤后，首先，輸入GiSP數(shù)據(jù)處理軟件，標(biāo)注在地形圖上之后選擇輸出，將點(diǎn)位信息導(dǎo)入Coreldraw實(shí)際材料圖底圖。其次，通過(guò)不同檢索伎倆在合乎V字型法那么的根底上，進(jìn)行地質(zhì)連圖。再次，對(duì)所連地質(zhì)界線賦屬性，線轉(zhuǎn)弧段造區(qū)，賦予區(qū)屬性，最終形成實(shí)際材料圖。地質(zhì)圖是在實(shí)際材料圖根底上的簡(jiǎn)化，去掉路線、地質(zhì)點(diǎn)，簡(jiǎn)化地形線，反映野外工作實(shí)測(cè)的和推測(cè)的地質(zhì)現(xiàn)象，包括主圖和附圖。主圖要具備四要素：地層產(chǎn)狀、地層/巖石單位、礦產(chǎn)資源、斷裂構(gòu)造。附圖對(duì)地質(zhì)現(xiàn)象進(jìn)行簡(jiǎn)要解釋，其中綜合地層柱狀圖是對(duì)測(cè)區(qū)地層的解釋，地質(zhì)剖面圖是對(duì)測(cè)區(qū)構(gòu)造框架的解釋。繪圖要求根據(jù)地質(zhì)行業(yè)規(guī)范，進(jìn)行不同地質(zhì)實(shí)體的著色、花紋填充，提取和疊加注記、產(chǎn)狀、礦產(chǎn)等圖層，最終即可完成數(shù)字地質(zhì)圖的初步編輯工作。構(gòu)造綱要圖是突出構(gòu)造的地質(zhì)圖的簡(jiǎn)化，要求以構(gòu)造旋回為單位，突出褶皺構(gòu)造和斷裂構(gòu)造，繪出褶皺軸跡。

內(nèi)業(yè)資料處理結(jié)束后，要求每個(gè)學(xué)生提交野外記錄本、巖石標(biāo)本及化石標(biāo)本，實(shí)測(cè)剖面綜合成果圖及文字報(bào)告和一份實(shí)習(xí)報(bào)告，每個(gè)小組提交一套圖件〔包括實(shí)際材料圖、地質(zhì)圖、構(gòu)造綱要圖等〕。

幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)

區(qū)域地質(zhì)調(diào)查實(shí)習(xí)中應(yīng)用數(shù)字地質(zhì)填圖，從野外數(shù)據(jù)采集過(guò)程入手，實(shí)現(xiàn)了地質(zhì)察看的圖、文、像的數(shù)字化。2022年至今，學(xué)生在巢湖數(shù)字化區(qū)域地質(zhì)調(diào)查實(shí)習(xí)，進(jìn)一步證實(shí)了該技術(shù)應(yīng)用于區(qū)域地質(zhì)調(diào)查實(shí)習(xí)是切實(shí)可行的。根據(jù)實(shí)踐教學(xué)的經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)提出下列幾個(gè)值得重視的問(wèn)題。

應(yīng)重視地質(zhì)根本技能訓(xùn)練傳統(tǒng)的地質(zhì)填圖理論與辦法是數(shù)字化地質(zhì)填圖的根底。野外巖石、礦物的辨認(rèn)，各種構(gòu)造及地質(zhì)現(xiàn)象的分析，羅盤及地形圖的使用等是一切地質(zhì)工作的根底，是從事地質(zhì)工作必須具備的最根本技能。如果不重視這些根本辦法和根本技能的訓(xùn)練，野外數(shù)字化填圖就無(wú)法發(fā)展。因此，不能因?yàn)閿?shù)字化填圖就放棄傳統(tǒng)工具的使用，在教學(xué)安頓上必須強(qiáng)調(diào)根底知識(shí)和根本功、根本技能的訓(xùn)練，必須人人動(dòng)手、動(dòng)腦，每個(gè)學(xué)生都必須察看、記錄、素描，每天結(jié)束后每人都得寫當(dāng)天路線小結(jié)，并提出新認(rèn)識(shí)、新觀點(diǎn)和新倡議。

增強(qiáng)學(xué)生的獨(dú)立工作能力野外數(shù)據(jù)采集的每個(gè)階段，教師講解、示范后，都應(yīng)由學(xué)生獨(dú)立完成，教師負(fù)責(zé)檢查和督查。室內(nèi)每個(gè)學(xué)生都必須獨(dú)立完成所有圖件和報(bào)告。實(shí)習(xí)結(jié)束前我們安頓野外考試檢驗(yàn)學(xué)生野外工作能力。學(xué)生以小組為單位沿考試路線統(tǒng)一行動(dòng)。個(gè)人在野外記錄本上獨(dú)立完成野外記錄和路線剖面示意圖，在考試路線的終點(diǎn)將野外記錄本交給監(jiān)考教師；實(shí)習(xí)結(jié)束后還以小組為單位選出優(yōu)秀實(shí)習(xí)成果進(jìn)行展示和評(píng)比。

要加強(qiáng)師生交流，保證實(shí)習(xí)任務(wù)完成要想讓數(shù)字地質(zhì)填圖在區(qū)域地質(zhì)調(diào)查實(shí)習(xí)中得到高質(zhì)、高效的應(yīng)