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1、GIS与矿产资源评价一、引言虽然各国研究程度不同、所用方法不同，搜集评价区尽可能多的信息（地质、地球物理、地球化学、遥感信息等），在成矿理论的指导下，提取成矿信息，对各种成矿信息进行综合分析，以确定成矿有利地区或找矿靶区并估算其资源量是矿产资源评价的基本任务。地理信息系统-GIS作为对地球空间数据进行采集、存储、检索、建模、分析和表示的计算机系统，不仅可以管理以数字、文字为主的属性信息，而且可以管理以图形图像为主的空间信息。它通过各种空间分析方法对各种不同的空间信息进行综合分析解释，确认空间实体之间的相互关系，分析在一定区域内发生的各种现象和过程。在矿产资源评价领域，不管是进行区域成矿系统的研
2、究，还是确定矿床的有利靶区，GIS不仅提供了在计算机辅助下对上述多源地学信息进行集成管理的能力、灵活的查询检索能力，而且可在经验与模型的指导下，通过各种空间分析方法对与成矿有关的各种空间信息进行综合分析解释，确定成矿的有利地区。七十年代末，八十年代初（姜作勤，1999），地质学家们开始尝试在矿产资源评价中应用GIS技术。经过二十年的努力，在用于矿产资源评价的空间数据库的建立、工作程度不同地区的基于GIS的矿产资源评价方法的研究与应用、对多种成矿信息的综合分析方法的研究与应用、基于GIS的矿产资源评价专用软件的开发，以及如何合理地组织人力资源适应新技术的应用要求等方面取得了长足的进步。实践证明，
3、GIS技术的应用形成了新一代的矿产资源评价方法（李裕伟，1998）。GIS不仅已经成为发达国家矿产资源评价的有力工具，在中国（姜作勤，1999）、巴西、南非、泰国、越南、印度尼西亚等（Markku Tiainen, 1998）许多发展中国家的应用也越来越深入。二、地理信息系统GIS概述 1. 什么是地理信息系统地理信息系统，简称GIS（Geographic Information System）。顾名思义，地理信息系统是处理地理信息的系统。地理信息是指直接或间接与地球上的空间位置有关的信息，又常称为空间信息。一般来说，GIS可定义为：用于采集、存储、管理、处理、检索、分析和表达地理空间数据的计
4、算机系统，是分析和处理海量地理数据的通用技术。从GIS系统应用角度，可进一步定义为：GIS由计算机系统、地理数据和用户组成，通过对地理数据的集成、存储、检索、操作和分析，生成并输出各种地理信息，从而为土地利用、资源评价与管理、环境监测、交通运输、经济建设、城市规划以及政府部门行政管理提供新的知识，为工程设计和规划、管理决策服务（陈述彭，1999）。人类生活在地球上，80%以上的信息与地球上的空间位置有关。GIS的出现是信息技术及其应用发展到一定程度的必然产物。地理信息系统萌芽于上世纪的60年代。1962年，加拿大的Roger F. Tomlinson提出利用数字计算机处理和分析大量的土地利用地
5、图数据，并建议加拿大土地调查局建立加拿大地理信息系统（CGIS），以实现专题地图的叠加、面积量算、自然资源的管理和规划等；与此同时，美国的Duane F. Marble在美国西北大学研究利用数字计算机研制数据处理软件系统，以支持大规模城市交通研究，并提出建立地理信息系统的思想。70年代是地理信息系统走向实用的发展期。美国、加拿大、英国、西德、瑞典和日本等国对GIS的研究均投入了大量人力、物力和财力。到1972年CGIS全面投入运行与使用，成为世界上第一个运行型的地理信息系统；在此期间美国地质调查局发展了50多个地理信息系统，用于获取和处理地质、地理、地形和水资源信息；1974年日本国土地理院开
6、始建立数字国土信息系统，存储、处理和检索测量数据、航空像片信息、行政区划、土地利用、地形地质等信息；瑞典在中央、区域和城市三级建立了许多信息系统，如土地测量信息系统、斯德哥尔摩地理信息系统、城市规划信息系统等。但由于当时的GIS系统多数运行在小型机上，涉及的计算机软硬件、外部设备及GIS软件本身的价格都相当昂贵，限制了GIS的应用范围。80年代是GIS的推广应用阶段，由于计算机技术的飞速发展，在性能大幅度提高的同时，价格迅速下降，特别是工作站和个人计算机的出现与完善，使GIS的应用领域与范围不断扩大。GIS与卫星遥感技术相结合，开始用于全球性问题的研究，如全球变化和全球监测、全球沙漠化、全球可
7、居住区评价、厄尔尼诺现象及酸雨、核扩散及核废料等(李德仁，1994)；从土地利用、城市规划等宏观管理应用，深入到各个领域解决工程问题，如环境与资源评价、工程选址、设施管理、紧急事件响应等。在这一时期，出现了一大批代表性的GIS软件，如ARCINFO、GENAMAP、SPANS、MAPINPO、ERDAS、Microstation等，其中ARCINFO已经愈来愈多地为世界各国地质调查部门所采用，并在区域地质调查、区域矿产资源与环境评价、矿产资源与矿权管理中发挥越来越重要作用。90年代为GIS的用户时代，随着地理信息产业的建立和数字化信息产品在全世界的普及，GIS成为了一个产业，投入使用的GIS系
8、统，每23年就翻一番，GIS市场的增长也很快。目前，GIS的应用在走向区域化和全球化的同时，己渗透到各行各业，涉及千家万户，成为人们生产、生活、学习和工作中不可缺少的工具和助手。与此同时，GIS也从单机、二维、封闭向开放、网络(包括Web GIS)、多维的方向发展。我国地理信息系统方面的工作始于80年代初。地理信息系统进入发展阶段的标志是第七个五年计划的开始，地理信息系统研究作为政府行为，正式列入国家科技攻关计划，开始了有计划、有组织、有目标的科学研究、应用实验和工程建设工作。许多部门同时展开了地理信息系统研究与开发工作。1994年中国GIS协会在北京成立，标志中国GIS行业已形成一定规模。九
9、五期间，国家将地理信息系统的研究应用作为重中之重的项目予以支持，1996年，为支持国产GIS软件的发展，原国家科委开始组织软件评测，并组织应用示范工程。这一系列的举措极大的促进了国产GIS软件的发展与GIS的应用。1998年，国产软件打破国外软件的垄断，在国内市场的占有率达25%。同年，在抽样调查25个省市19个行业的1000多个单位中，全部使用了地理信息系统(秦其明、袁胜元，2001)。地理信息系统在资源调查、评价、管理和监测，在城市的管理、规划和市政工程、行政管理与空间决策、灾害的评估与预测、地籍管理及土地利用，在交通、农业、公安等诸多领域得到了广泛的应用。 2. 地理信息系统的组成GIS
10、的应用系统由五个主要部分构成，即硬件、软件、数据、人员和方法。2.1 硬件硬件是指操作GIS所需的一切计算机资源。目前的GIS软件可以在很多类型的硬件上运行，从中央计算机服务器到桌面计算机，从单机到网络环境。一个典型的GIS硬件系统除计算机外，还包括数字化仪、扫描仪、绘图仪、磁带机等外部设备。根据硬件配置规模的不同可分为简单型、基本型、网络型。图1是典型的网络型GIS硬件配置(修文群，1999)，图2是一个典型的基本型GIS硬件配置，它是一般用户最常用的配置。图1 网络型GIS硬件系统图2 基本型GIS硬件系统2.2 软件软件是指GIS运行所必须的各种程序。主要包括计算机系统软件和地理信息系统
11、软件两部分。地理信息系统软件提供存储、分析和显示地理信息的功能和工具。主要的软件部件有：输入和处理地理信息的工具；数据库管理系统工具；支持地理查询、分析和可视化显示的工具；容易使用这些工具的图形用户界面(GUI)。 2.3 数据数据是一个GIS应用系统的最基础的组成部分。空间数据是GIS的操作对象，是现实世界经过模型抽象的实质性内容确良。图3展示了GIS对现实世界的信息表达与分层。一个GIS应用系统必须建立在准确合理的地理数据基础上。数据来源包括室内数字化和野外采集，以及从其他数据的转换。数据包括空间数据和属性数据，空间数据的表达可以采用栅格和矢量两种形式。空间数据表现了地理空间实体的位置、大
12、小、形状、方向以及几何拓扑关系。 2.4 人员人是地理信息系统中重要的构成要素，GIS不同于一幅地图，它是一个动态的地理模型，仅有系统软硬件和数据还不能构成完整的地理信息系统，需要人进行系统组织、管理、维护和数据更新、系统扩充完善以及应用程序开发，并采用空间分析模型提取多种信息。因此，GIS应用的关键是掌握实施GIS来解决现实问题的人员素质。这些人员既包括从事设计、开发和维护GIS系统的技术专家，也包括那些使用该系统并解决专业领域任务的领域专家。一个GIS系统的运行班子应有项目负责人、信息技术专家、应用专业领域技术专家、若干程序员和操作员组成。 2.5 方法 这里的方法主要是指空间信息的综合分
13、析方法，即常说的应用模型。它是在对专业领域的具体对象与过程进行大量研究的基础上总结出的规律的表示。GIS应用就是利用这些模型对大量空间数据进行分析综合来解决实际问题的。如基于GIS的矿产资源评价模型、灾害评价模型等。3. 地理信息系统的主要功能一个GIS软件系统应具备五项基本功能，即数据输入、数据编辑、数据存贮与管理、空间查询与空间分析、可视化表达与输出。图4是一个典型的GIS功能框图。3.1 数据输入数据输入是建立地理数据库必须的过程。数据输入功能指将地图数据、物化遥数据、统计数据和文字报告等输入、转换成计算机可处理的数字形式的各种功能。对多种形式、多种来源的信息，可实现多种方式的数据输入，
14、如图形数据输入、栅格数据输入、GPS测量数据输入、属性数据输入等。用于地理信息系统空间数据采集的主要技术有两类，即使用数字化仪的手扶跟踪数字化技术和使用扫描仪的扫描技术。手扶跟踪数字化曾在相当长的时间内是空间数据采集的主要方式。扫描数据的自动化编辑与处理是空间数据采集技术研究的重点，随着扫描仪技术性能的提高及扫描处理软件的完善，扫描数字化技术的使用越来越普遍。 3.2 数据编辑与处理数据编辑主要包括图形编辑和属性编辑。属性编辑主要与数据库管理结合在一起完成，图形编辑主要包括拓扑关系建立、图形编辑、图形整饰、图幅拼接、图形变换、投影变换、误差校正等功能。3.3 数据的存储与管理数据的有效组织与管
15、理，是GIS系统应用成功与否的关键。主要提供空间与非空间数据的存储、查询检索、修改和更新的能力。矢量数据结构、光栅数据结构、矢栅一体化数据结构是存储 GIS的主要数据结构。数据结构的选择在相当程度上决定了系统所能执行的功能。 数据结构确定后，在空间数据的存储与管理中，关键是确定应用系统空间与属性数据库的结构以及空间与属性数据的连接。目前广泛使用的GIS软件大多数采用空间分区、专题分层的数据组织方法，用GIS管理空间数据，用关系数据库管理属性数据。图5是一个典型的地学数据分层管理概念模型，其中展示了空间图层及其属性的连接。3.4 空间查询与分析空间查询与分析是GIS的核心，是GIS最重要的和最具
16、有魅力的功能，也是GIS有别于其他信息系统的本质特征。地理信息系统的空间分析可分为三个层次的内容：l 空间检索：包括从空间位置检索空间物体及其属性、从属性条件检索空间物体；l 空间拓扑叠加分析：实现空间特征（点、线、面或图像）的相交、相减、合并等，以及特征属性在空间上的连接；l 空间模型分析：如数字地形高程分析、BUFFER分析、网络分析、图像分析、三维模型分析、多要素综合分析及面向专业应用的各种特殊模型分析等。 3.5 可视化表达与输出 中间处理过程和最终结果的可视化表达是GIS的重要功能之一。通常以人机交互方式来选择显示的对象与形式，对于图形数据，根据要素的信息密集程度，可选择放大或缩小显
17、示。GIS不仅可以输出全要素地图，也可以根据用户需要，分层输出各种专题图、各类统计图、图表及数据等。除上述五大功能外，还有用户接口模块，用于接收用户的指令、程序或数据，是用户和系统交互的工具，主要包括用户界面、程序接口与数据接口。由于地理信息系统功能复杂，且用户又往往为非计算机专业人员，用户界面是地理信息系统应用的重要组成部分，使地理信息系统成为人机交互的开放式系统。 4. 通用与专用GIS系统4.1 通用地理信息系统通用地理信息系统软件是指具有数据输入、编辑、结构化存储、处理、查询分析、输出、二次开发、数据交换等全套功能的GIS通用软件，是开发各种专用系统的基础与工具，又称通用GIS开发平台
18、。国外的ARC/INFO、AtlasGIS 、INTERGRAPH，TITAN、GENAMAP、GRASS、ERDAS、ERMAPPER等，国产的MAPGIS、CITYSTAR、GEOSTAR等都属这类软件；通用型地理信息系统平台通常均提供强大的二次开发功能，有的提供专用的编程环境，如ARCVIEW的AVENUE、MAPINFO的MAPBASIC、ARC/INFO的XML语言；目前更多的是提供更通用的DLL、ActiveX、JAVA等动态连接库或控件产品，如TITAN 、MAPGIS、MapObjects、MAPX等，利用计算机系统开发工具(各种高级程序设计语言)调用这些二次开发函数或控件可进
19、行用户化开发的GIS产品，特别是用来开发各种专业型的地理信息系统。4.2 专用地理信息系统专用地理信息系统是利用GIS系统开发工具集，针对某一专业领域和业务部门的工作流程而开发的独立的GIS运行系统，旨在利用GIS工具有针对性地解决具体的问题。它符合专业领域或业务部门的工作流程，针对性强，是GIS产品向专业化发展的产物，对扩大GIS产品影响力具有重要作用。如中国地质大学基于MAPGIS所开发的：城市规划信息管理系统、通信管网及配线系统、土地详查信息系统、MAPCAD彩色地图编辑出版系统、矿产资源评价分析系统（MORPAS）等。5. 国内地学领域常用的地理信息系统软件ARC/INFO是著名GIS
20、厂商ESRI公司的代表产品。它是当今世界上最完整的GIS系统，它所包含的几千个GIS分析工具已经被各个领域所采用，千锤百炼后ARC/INFO也更加成熟，在全球地理信息系统市场上占有最大的市场份额。近年来，ESRI在不断强化传统产品，如UNIX ARC/INFO、PC ARC/INFO、ArcCAD、DAK的同时，又推出了几种全新概念和具有划时代意义的产品，包括：空间数据库引擎(SDE)、ArcView GIS3.2、NT ARC/INFO和MapObjects。最近又推出了ArcGIS8.1全新版本,它包括ArcGIS Desktop、ArcGIS Workstation、 ArcGIS SD
21、E等。ESRI是目前唯一一个支持全系列操作系统的GIS厂商，其多层次、全系列的GIS产品能够满足每一个用户领域、每一个用户规模的需求。ARCVIEW3.2是相应的一套桌面地理信息系统软件，但在功能上远远超越了桌面制图系统。它的可扩展的软件结构为GIS应用提供了一个具有伸缩性的软件平台。这一新的软件结构也使得ArcView队伍可以开发出一系?quot;插件式的模块（如SPATIAL ANALYST、3D ANALYST、IMAGE ANALYST等），利用这些模块进行组合可以显著地扩展ArcView的功能，从而使桌面GIS发展到一个全新的水平。ArcView以Project为一个基本应用单元,
22、它由多种Document组成: （1）视图Views: 地图显示, 信息查询, 空间分析；（2）表格Tables: 数据库管理, 电子表格；（3）Charts: 统计图形制作；（4）图版Layouts: 地图组合设计, 以供绘制；（5）脚本编程Scripts(Avenue): 面向对象的程序设计、调试、开发工具。ARCVIEW使用方便、简单直观。MAPGIS是中国地质大学信息工程学院开发的工具型地理信息系统软件。该软件是国家科技部向全国推荐的国产地理信息系统软件平台。使用简单，在国产GIS软件市场上占有较好的市场份额。MAPGIS不仅具有比较完善的制图功能，还具有如下特点：（1）海量无缝图库管
23、理：提供建立图库、修改、删除及图库漫游等一系列操作；提供图幅输入、显示、修改等功能；图幅接边、图幅提取功能操作简单，可靠性高；（2）高性能的空间数据库管理：Client/Server结构，多用户访问管理；动态外挂数据库的联结；多媒体属性库管理；完善的安全机制。（3）完备的空间分析工具：可实现空间叠加分析，属性数据分析，DEM分析，网络化功能，TIN模型分析，三维绘制功能，多源图像分析与处理等；（4）方便的二次开发：支持C+、VB、Delphi、ActiveX等集成开发环境；可提供API函数层、C+类层、ActiveX控件层。6. 地理信息系统与计算机辅助制图系统的区别GIS是在地学学科与数据库
24、管理系统(DBMS)、计算机图形学、计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助制图(CAM)等与计算机技术相关学科相结台的基础上发展起来的。CAM是使用计算机技术进行几何图形的编辑和绘制的计算机系统。CAM的使用使众多行业和部门中的设计人员从制图板上和手工劳动中解放出来，因而受到广大设计人员、制图人员的青睐。CAM技术的发展对GIS的产生起了有力的促进作用，GIS的出现进一步为CAM提供了现代化的先进技术手段，引起地图制图过程的深刻变化，成为现代地图制图主要手段。虽然GIS的发展与计算机辅助制图有着密切的关系，但二者之间存在许多根本性的不同。l 目的不同。CAM的目的是制图，主要考虑信息的显示和表达
25、，是传统地图的数字化再现。除正确的表达专业内容外，强调线划的圆滑、色彩的协调、图面的美观。而GIS的目的是空间数据的管理与分析，制图只是GIS的功能之一；l 采用的技术不同，GIS通过严格的空间拓扑关系、空间及属性数据库的建立实现信息的管理、查询与分析。建立描述地质实体空间特征的图形元素之间的拓扑关系、建立与图形元素相连接的描述地质实体非空间特征的属性数据库是地理信息系统与单纯的计算机辅助制图系统的最本质的差别；l GIS具有强大的空间查询和深层次的空间分析功能，提供对规划、管理和决策有用的信息。而CAM不具有空间分析功能；三基于GIS的矿产资源评价的发展七十年代后期，地学领域的专家们就开始认
26、识到了GIS在自然资源分析中的应用潜力。美国的缅因州地调所那时就组织了GIS应用试验项目。1982年USGS的地质处与测绘处联合启动了一个试验研究项目，设计、开发、应用和评价用于美国本土(阿拉斯加除外)矿产资源评价计划CUSMAP的GIS原型系统。根据由GIS得出的采用数字编码的地质、地球物理、地球化学、遥感、地形、矿产地数据的空间关系，建立可能发现的矿床类型的经验模型。试验分别在3个1 2的图幅上进行。通过研究，确定了矿产资源评价对栅格、矢量与表格式数据处理能力及相互间的接口和在GIS内建立应用模型及表示评价结果的制图功能的需求（C.M. Trautwein 等,1988）。到1988年12
27、月，在由CUSMAP演变而来的全国矿产资源评价计划NAMRAP中大约有11个矿产资源评价项目涉及了新技术的应用。GIS在矿产资源评价中的应用不仅在USGS，而且在各州的地调所也得到了相当程度的重视。1988年9月美国科学院、USGS和美国地质学会联合召开了题为集成技术和地学应用的GIS讨论会，会上发表了多篇关于矿产资源评价的论文。Maine, Illinois, Calorado 和Kentucky 等州都作了很好的工作（Colin Treworgy and Margaret Bargh, 1989；Robert G. Marvinney,1988 ；Robert R. Pool et al，
28、1988）。 加拿大地调所（GSC）八十年代中后期开展了用GIS进行矿产资源潜力填图的研究。GSC著名的地质统计学专家G.F. Bonham Carter 和F.G. Agterberg 等人在1988和1989年发表的集成地质数据集进行NOVA SCOTIA地区的金矿勘探和GIS在新悸姿谷鹂吮辈靠蟛试雌兰壑械挠?quot;（G.F. Bonham Carter et al, 1988, G.P. Watson et al, 1989）论文中，提出用条件概率与贝叶斯规则相结合的证据加权法实现二元模式图的综合的新方法。在资源评价中，首先将GIS的空间分析与定量模拟结合起来。这种方法经多次改进，已
29、作为基于GIS的矿产资源评价的主要方法在世界各国得到了广泛的应用。与北美相比，澳大利亚开展此项工作的时间要晚一些。澳大利亚地调所（AGSO）的前身矿产资源局1988年成立了由GIS技术与应用专家组成的自然资源信息中心（NRIC）。资源评价处同年启动了一个以综合大量不同类型的空间数据为目的的研究项目（姜作勤，1992 ）。近几年的文献表明，GIS不仅被广泛应用于建立矿产资源评价的基础矿产省的GIS数据集（Lesley Wyborn 等人， 1995），用于澳大利亚的镍红土矿、镍硫矿、脉金矿、红土金矿、含金刚石的金伯利岩及铅锌矿的矿产资源潜力评价（Lyle A. Burgess, 1997）、(M
30、argaretha Scott,1999)、(J.C.Gum & A.C.Burtt, 1999)。而且在矿产资源评价的方法研究、开发矿产资源评价专用系统方面也有许多进展。特别是提出了在已知矿床很少的情况下应用GIS进行资源评价的方法（Lesley Wyborn et al，1995）。GIS不仅在发达国家的矿产资源评价中发挥了重要作用，在发展中国家的应用也越来越深入。身兼地质调查所职能的南非地学委员会GSSA于九十年代中后期开始在矿产资源评价中应用GIS，主要是实现多源地学信息的集成管理，建立了管理多源地学信息的集成的、模块化的组合数据库系统GEODE (C.J.Vorster,1996)，
31、也进行了基于GIS的矿产资源评价的应用研究。笔者2000年访问开普敦地调所时，其海洋地学部的有关专家就介绍了他们应用GIS评价金刚石成矿有利地区的研究。GSSA已拥有一批地理信息系统开发与空间数据库设计的专家(http-GSSA, 2000)。巴西在矿产资源评价中应用GIS的发展过程不很清楚，但在去年召开的第31届国际地质大会上，巴西就发表了14篇有关的论文。应用GIS进行评价的矿种不仅包括金、铜、铅、锌、银等金属矿(Franca-Rocha and et al,2000)、(Perrotta, M.M and et al，2000)、(Barreto Neto, A.A,2000)、(Da
32、Cunha and De Oliveira, 2000)、(Araujo, C.C and et al, 2000)，还涉及了石墨等非金属矿 (Guimaraes,F.R.,2000)。GIS被用于多源地学信息的管理、建立矿产资源评价数据库和进行分析评价等方面。评价所用的空间分析方法涉及到了目前普遍应用的主要方法，并将GIS对地质和构造的分析与矿体的3维模型集成在一起加强勘探(Heemann, R. and Strieder, A.J., 2000)。在发展中国家中，我国应用GIS进行矿产资源评价是比较早的，与发达国家相比，开始的也不晚。1986年，由地矿部遥感中心主持，长春地院、中国地质大学
33、、地矿部矿床所等单位参加，开展了遥感图象与其他地学数据综合图象处理技术及应用研究，系统地研究了地质勘查数字图象处理与综合的主要技术环节，并应用自行开发的多种图形图象软件包在安徽铜陵、湖南香花岭、新疆哈密等六个地区开展了不同矿种的矿产资源评价应用试验。 八五期间，中国地质大学（武汉）物探系、物化探所、原部石油海洋地质局江陵综合研究队、成都理工学院通过各种项目的实施都进行过应用GIS进行多源地学信息系统综合成矿预测的研究(姜作勤，1999)。1995年4月，地调局为提高预测水平和找矿效果，在川西扬子地台西缘部分地区4个1:200000图幅立项开展地理信息系统应用的试验研究。其目的是在GIS技术的支
34、持下，研究区域地、物、化、遥等多源地学信息的综合管理、数字地质图库数据库的分层标准，矿产资源评价的空间分析方法以及采用新技术的工作方法和流程，以提高预测水平和找矿效果。1998年5月，项目按预期目标完成了任务，建立了目标图层综合的数学模型，在ARC/INFO上开发了证据加权法软件模块（李裕伟，1998）。这些工作的完成，使GIS在矿产资源评价中的应用由试验、研究阶段开始向实际评价工作深入。值得指出的是，九五开始，为了进一步推动GIS在矿产资源评价领域中的应用，原国家科委及地矿部又立项研究开发基于GIS的矿产资源评价的工具软件。 家科委九五科技攻关项目96-914要求：在先进的矿产勘查理论和数学
35、地质方法的指导下，以成矿区带找矿靶区的优选和评价为重点，研究矿产资源评价的空间分析方法；在工具型地理信息系统软件MAPGIS系统的基础上，开发一套适用于矿产资源评价的专用软件系统。所开发的系统MORPAS采用数据仓库、数据挖掘等技术，实现了对多源地学信息的集成管理及对数据中潜在模式的提取(胡光道，2001)。赵鹏大教授也在九五期间将GIS技术应用于地质异常圈定和成矿预测。总结出应用GIS可进行的研究：区域成矿可能地段分析、组合异常的找矿可行地段分析、组合异常的找矿有利地段分析、多源信息的潜在资源地段分析以及多源信息的远景矿体地段分析(赵鹏大，2001)； 地矿部重点科技项目基于GIS的固体矿产
36、资源评价系统目的是研究基于GIS的矿产资源评价中的成矿信息提取及评价方法模型，开发相应的资源评价系统。所开发的系统包括地、物、化、遥单专题的成矿信息提取及成矿信息的综合能力，可支持用户针对不同的评价对象采用不同的评价方法(宋国耀等，1999)； 地矿部重点科技项目大型、特大型金矿床密集区综合信息成矿预测地质信息系统，简称AuGIS。项目以山东省大型、特大型金矿密集区为研究对象，根据王世称教授的评价思想，在MAPGIS平台上进行二次开发，形成大型、特大型金矿床密集区综合信息成矿预测地质信息系统。 虽然上述系统还只是原型系统，但是一种良好的开端。二十一世纪初，矿产资源评价越来越依赖于地质学家和工程
37、师有效地获取、存储、管理、分析和解释大量增加且种类繁多的多维空间信息的能力。随着数据资源的不断积累、预测方法研究的深入、GIS软件功能的增强、高性能硬件设备价格的大幅度快速的下降，GIS必将在矿产资源评价的实际工作中发挥越来越大的作用。 四、GIS在矿产资源评价中的作用1. 基于GIS的矿产资源评价的优势(与传统工作方式相比) 矿产资源评价涉及的所有信息几乎都直接或间接地与空间位置有关，都属于地理信息的范畴。离开空间位置谈地质体、构造、岩性、采样、样品分析、物化探异常，谈矿产资源评价就没有意义。矿产资源评价的过程就是信息的搜集、整理、处理、成矿信息的提取、综合分析、成矿区带或找矿靶区的确定以及
38、成果表示的过程。作为空间信息管理系统的GIS其应用可贯穿于矿产资源评价的整个过程，表现出传统方法不可比拟的优越性。1.1 将搜集到的各种图形信息(图件)、文字描述信息、数字数据通过合理、有效的空间数据库进行管理可大大提高矿产资源评价的效率 合理、有效的空间数据库建立起来以后，可实现灵活的图形信息与属性的双向查询检索，即可从图形检索其各种属性，也可根据地质体的各种专题属性检索相应的图形，还可以根据多种属性进行组合条件检索。如可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；还可从表示地质现象的点(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)
39、检索它们的属性； 于每一个成矿标志都有一个定量化条件，地质学家可用这些条件检查数据库的每一部分，有利于提高研究的深度。 数据库的建立与灵活的检索功能是提高矿产资源评价效率的最根本的保证。 1.2 GIS提供的空间分析(叠加、包含、相邻关系、缓冲区、地形分析)及空间信息计算(面积、周长，距离等)等功能，实现了传统方法难以进行的对各种地质体的多种空间关系的定量分析 这种空间分析对于研究地质现象之间的制约关系与相互作用进而提取与矿床或矿化有关的地质标志和信息较为有效(陈秋明，2001)。GIS的叠加功能可形象地理解为计算机化的透图台，是资源评价用得最多的空间分析功能。不同图形信息的叠置既可用于地质成
40、矿信息的提取，也可用于多种成矿信息的综合分析。当然，这种透图台的功能比传统透图台的功能要强大得多。传统资源评价综合分析的最简单方法是使用透图台对多种评价图件进行直接叠置。这种方法一次最多能操作3张图件，而且由于叠置的结果很难形成中间结果保存、利用，因此也很难对更多的图件进行操作。所有GIS软件都提供的空间叠加分析功能，可非常容易地实现图形叠置，而且由于叠加分析的中间结果可根据用户的需要进行保存，因此原则上可实现无限制的叠置，可方便地对更多的因素或条件进行研究，减少盲目性。计算机化的透图台的优越性还表现在对多种信息不是简单的叠加，还可通过综合分析的方法反映信息之间的关系（见综合分析方法一节）。缓
41、冲区分析是通过计算在点、线、面实体周围自动形成满足一定距离要求的区域，通常用于确定影响范围，是资源评价应用比较多的另一个空间分析功能。如对已知矿床与控矿构造(断层或褶皱轴)的空间距离进行统计分析可确定最佳控矿距离，再用该距离对控矿构造进行缓冲区分析即可分析两侧不同宽度范围的矿化点分布规律，从而判断矿床与断层、褶皱轴的相关关系及构造控矿最大影响域或确定矿化有效区带。此外，数字化的地形分析功能能自动提取地表梯度信息，计算坡度、坡向、划分汇水盆地图系和河流网，这种地形表面分析对研究地球化学元素在地表各介质环境中的聚集、扩散和迁移有特别的功效。1.3 GIS为物化探和遥感数据的空间可视化创造了条件，使
42、评价更直观 人们可将物化探异常投影到数字地形之上来直观地表达各种异常与地形的变化关系（Grunskysmee，1999），再比如，通过GIS矢量模型结合地质图与地球化学样品的空间分布，可对地球化学数据进行正规化处理，这样可以消除不同岩性对地球化学背景数据的影响（Harris et al，1999）。1.4 空间分析方法使成矿信息的综合更加合理 根据地质模型及各种数据处理方法分别从地质、地球物理、地球化学、遥感等类信息中提取成矿信息后，如何综合分析这些成矿信息，形成最终的尽可能接近实际的评价结果，是矿产资源评价中需要解决的十分关键的问题。目前常用的布尔逻辑、证据权法、代数方法、模糊逻辑、神经网络
43、都是综合定量的空间关系生成单幅评价图的方法。这些方法虽然都有各自的局限性，但却反映了多种成矿信息之间的关系。随着空间分析方法研究的不断深入，资源评价综合分析的精度会越来越高，评价结果也会越来越接近实际。 1.5 计算机辅助评价成果图件的输出可大大提高制图效率 可以说，GIS被广泛应用之前，计算机辅助制图是计算机技术对地质领域最大的贡献。它实现了从纸质图件的数字化、交互式编辑修改直至输出具有出版质量的彩色图件全过程的计算机化，使制图工序从传统手工方式的十几道减少到6道，大大缩短了图件准备与出版时间。根据用户的经验，对于新编图件，可提高效率3 5倍，成本降低约三分之一。数字制图技术已从根本上改变了
44、传统的工作流程。多数重要的GIS软件如ARC/INFO、INTEGRAPH、我们自主开发的MAPGIS等都具有优秀的制图功能，GIS与制图技术相结合，使评价结果图件的输出时间大大缩短。1.6 所建的数字数据库可反复使用 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。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。反复利用数字数据，实现数据共享是数字数据库的基本特点。这种数据共享可提高应用的效率并降低成本。 综上所述，GIS技术所提供的多源地学信息的管理能力、灵活的查询检索能力、空间分析方法以及计算机辅助制图的能力不仅大大提高
45、了矿产资源评价的效率，而且有利于发挥地质学家的主观能动性。数据库建立以后，如何利用数据库中的数据取决于地质模型。而作为整个评价工作基础的地质模型随地质学家的经验、专长和智慧而变。一旦地质模型改变，通过 GIS所提供的上述功能，可迅速形成另一套评价专题图件。这样，就有可能使地质学家变换思路，尝试不同的评价方法，产生不同的评价结果（李裕伟，1998）。专家们也可在这个过程中，反复补充和精炼模型。实际上，应用GIS进行矿产资源评价不仅可加深对可用地质数据的理解，而且可加深对地质模型本身的理解。专家们可在交互式地对多源地学信息进行对比、综合及分析中获得新的启发或认识，完善与总结规律。这也是传统的工作方
46、式很难或无法实现的，是基于GIS矿产资源评价方法的最大优点。据有经验的地质学家估计，采用传统手工方式，编制一套评价图件需几个月甚至半年的时间，因此，即使有了新的想法，常常因时间或经费等原因而无法实现。2. 正确认识GIS在矿产资源评价中的作用 2.1 基于GIS的矿产资源评价的效果从根本上仍然取决于评价专家 GIS技术的优势是提供集成管理多源地学数据、方便地建立模型及进行模拟的能力，是使数据的分析更有效和定量化。但是必须明确，在资源评价中GIS只是为矿产资源评价的专家们提供了前所未有的评价工具与手段。它既不能代替专家，也不能解决数据或数据库本身存在的问题，从而本身也无法取得科学意义上的突破（J
47、ohn L. Dwyer and J. Thomas Nash, 1991）。实际上，预测过程既是知识驱动又是数据驱动。如果所分析的数据是不完全或有质量有问题，预测结果就不会好。如果缺乏对预测矿床特点的认识，预测的结果也不会好。矿产预测评价中起决定作用的是各领域专家，评价的每一步都需要有经验的专家参与。 2.2 关于提高效率的问题 前面已经提到过，资源评价效率提高的基础是合理有效地建立数据库。而数据库的建立既需要技术，又需要花费大量的时间。数据库的设计者不仅需要对评价目标有深刻的理解，正确地确定数据的内容，同时要掌握空间数据库的设计技术，解决数据质量所引起的数据集成问题。数据的准备占整个评价的
48、大部分时间，这早已被人们认识。就是说，效率的提高要在数据库建立的基础上。因此，对于缺少数字数据资源的评价，加上数据准备的时间，整体时间可能比传统方式还要长。当然，如果有了数字数据的积累，在此基础上进行矿产资源评价，不仅效率会大大提高，所需费用也会大幅度降低。据USGS对几十个在数据库基础上完成的GIS应用项目费用的统计，平均降低70%。 五、基于GIS的矿产资源评价方法与流程 根据研究区的工作程度的差别，用于矿产资源预测的空间分析方法可大致分成两类：经验的和理论的。前者利用已知矿床，后者利用矿床和成因模型。在工作程度较高，数据比较丰富的地区，可采用数据驱动的经验方法；在没有已知矿床或已知矿床很少的情况下，信息由遥感和地球物理数据推断而来，模型仅以地学专家的概念想法存在时，数据驱动的方法就不能使用，而只能采用简单的分级和以知识为基础的方法。 经验模型法主要是研究区域矿床与多元地质找矿信息的关系，通过定量分析方法，建立起区域成矿有利度和资源潜力值与多参数地质信息的统计规律，根据经验模型进行区域评价。它强调对各种找矿信息的充分