数字地质填图在区域地质调查实习中的应用
中图分类号：G712 文献标识码：A 文章编号：1672-5727（2012）01-0168-03
区域地质调查是地质工作中具有战略意义的综合性基础工作，是一切地质工作的先行步骤。区域地质调查工作的进展情况和研究程度高低，往往是衡量一个国家地质工作和地质科学技术总体水平的标志，也是制约这个国家资源勘查、经济建设的重要因素。因此，区域地质调查方法是地质专业学生必须掌握的一项重要基本技能。传统的地质工作，是通过野外观测和观察，把获得的第一手基础资料记录在纸介质上，然后在此基础上进行分析研究。随着计算机技术的发展，特别是GIS相关技术、地学信息化技术的发展，许多国家在20世纪90年代后相继开展了数字地质填图的研究和实验，投入了大量的人力物力，发展和制定了相应的标准、规范，研制和开发了部分软件和硬件，并开展了试点工作。
我校自2006年设立地质专业以来就开设了《区域地质调查》课程，实习地点一般选择在距离南京120公里处的安徽省巢湖市凤凰山地区，于2008年与安徽省巢湖铸造厂签订了巢湖实习基地协议。经过全国二十多所地质类院校的共同建设，目前巢湖实习基地已经拥有了专门的教学网络和实验室，有了一套相对完整的教学体系，并有采用集成地理信息系统（GIS）、卫星定位系统（GPS）和遥感系统（RS）等技术的数字地质填图软件和虚拟教学基地。
区域地质调查实习
引入数字地质填图的必要性
安徽巢湖区域地质调查实习是我校针对五年制高职地质专业四年级学生的综合性野外地质实习课程，是在学生系统学习地质学专业课程（普通地质学、矿物学、岩石学、古生物地史学、构造地质学等）和完成了普地认识实习后进行的。该实习使学生系统学会区域地质调查的基本工作方法，进一步理解已学的基础地质理论，提高对各种地质现象的分析能力，同时为学生学习后续专业课和进行生产、毕业实习打下基础。巢湖市凤凰山地区分布有海西―印支期构造运动形成的复式褶皱，组成褶皱的地层包括所有的沉积岩种类，背斜和向斜形态完整，断裂构造典型而简单，加上距离地区行政中心巢湖市区不足5公里，距离江苏省省会南京市120公里，交通非常便利，是较为理想的区域地质调查实习基地。
区域地质调查一般遵循立项论证、收集资料及野外踏勘、设计编审、野外调查、资料整理、图件编制、野外验收、报告编写、成果验收、资料归档等程序。除立项论证等少数项目外，其余均是巢湖区域地质调查实习的主要内容，对于培养学生野外地质填图、地质调查报告编写、相关图件编制和实际操作能力等是很好的训练。
传统的区域地质调查是靠地质人员手持地质锤、罗盘、放大镜的“老三件”，通过连续的野外地质路线观测和观察，把获得的第一手基础资料记录在纸介质的记录簿和工作手图上，再根据各种观测资料进行归纳总结、编写出地质报告，绘制地质图、地质剖面图、构造纲要图等地质图件。地层产状、方位角、坡角等地质数据主要依靠罗盘测制，精度往往不高，文字、图件、数据等资料保存困难，而且无法对测区资料进行适时更新。运用数字地质填图后，区域地质调查实习发生了根本变化。
数字地质填图是集GPS、GIS、RS技术于一体，结合计算机软硬件进行野外数据采集、处理、成图和分析一体化的数字作业，实现了野外路线观察过程精确的定量化描述。在实习过程中，教师首先讲授数字地质填图和相关计算机应用技术，使学生能用自编计算机软件对实测地层剖面制作、野外地质路线观测、定位、各种地质图件成图的全过程进行精确的定量化及数字化描述，实现区域地质调查的数字化表达，完成整个实习过程从文字到图件的计算机处理。实习中我们广泛使用了野外数据采集掌上机、手持GPS、数码相机和笔记本电脑等“新五件”，采集、记录野外资料、野外定点、剖面测制均在电子地图上进行。从野外踏勘、实测地质剖面到野外地质填图各阶段，实习从以教师为主导逐步过渡到以学生为主导。学生对这种实习方式很感兴趣，对高新设备感到很新奇，都能提高专业兴趣和学习热情，教学效果非常好。
前期数字化资料收集和准备工作
资料收集工作 第一，选择并收集备齐合适比例尺的地形图数据或纸质地形图作为数字填图所需背景图层的底图。我校所用1∶10000巢湖凤凰山地区数字地形图是在1∶50000地质图的基础上按有关规定放大、裁剪编制的，以此作为数字地质图及专题图的底图。第二，充分利用前人工作成果，收集涉及测区的地层、岩石类型、矿产种类、物化探等资料。第三，确定填图范围和填图比例尺，在综合研究的基础上，统一野外岩矿石命名，统一填图方法和要求，统一图式图例。
技术装备 除常规填图所必需的技术装备外，数字地质填图还需要一些特定的硬件设备：如笔记本电脑、数码照相机、GPS、移动硬盘、数码摄像机等。软件支撑包括野外采集系统和室内桌面系统，如用于数字地质填图数据处理的GiSP、实测地层内业处理的SDP软件、用于绘图的MapGis、Coreldraw等。
制定教学计划 整个区域地质调查实习主要分为野外数据采集和室内资料整理两个阶段。其内容、时间安排如表1所示。实习时间共21天，行路等工作耗时2天，实际工作时间19天。
野外数据采集
野外数据采集阶段主要包括路线踏勘、地层剖面实测、地质填图三部分。
路线踏勘 路线踏勘的目的是认识测区内分布的地层的岩性、结构、构造特点、地层接触关系及识别特征，认识测区地质构造的基本框架。这一阶段由实习教师负责讲解，要求学生练习使用GPS进行定点，同时地形特征明显时，用罗盘练习后方交汇法定点，并完成野外记录。路线安排：（1）观察志留系剖面、泥盆系剖面（狮子口附近）；（2）观察石炭系剖面（驻地附近）；（3）观察二叠系剖面、三叠系剖面（柴火山一带）。踏勘阶段要求学生掌握GPS的使用方法，学习使用数字地质测量软件。每天路线踏勘后，下午和晚上进行内业整理，要求各学生小组按规范完成野外记录，绘制剖面示意图。
实测地层剖面 在一个地区进行区域地质调查时，首先必须确定填图单位。不同的比例尺填图单位也不同，不同的地区（如侵入岩地区、变质岩地区）填图单位确定原则和方法也不同。沉积岩地区是以岩石地层单位为基础划分，通过实测地层剖面查明地层层序和厚度，确定填图单位的。实测剖面前一天下午进行实测地层剖面知识准备，安排专题讲座，要求各小组利用课后和晚上的时间在驻地进行模拟测量。实测时分成4队，按照实习队的安排对各自地质剖面进行实地测量。第二天进行实测剖面资料整理，编写报告。根据各小组的数据，要求每个学生提交一份完整的综合成果图，并提交文字报告。
地质填图 地质填图阶段采取穿越地层路线法为主、追索路线法为辅布置路线。地质填图前一天进行区域地质测量阶段的知识准备，安排相应的讲座。填图时间安排6天，前两天班级全体学生在实习教师的示范下，沿小山王东北经平顶山向斜、凤凰山背斜至7410厂附近，开展由一个向斜和一个背斜组成的完整地质路线测量，旨在建立学生对测区褶皱体系的全面认知，为最后接图做准备。后3天班级分成两队，在实习教师的指导下让学生进行野外地质测量，通过实习教师的言传身教，使学生掌握地质测量的基本方法。最后一天安排野外路线考试。
接图和补充测量（补点） 野外实习最后一天进行接图、补点以及提交实际材料图。
室内整理
室内整理包括数据整理和编辑、编制各种地质图件、编写地质报告三部分。室内整理是整个实习的重要环节，是学生提出问题、综合分析问题、总结提高的过程。在室内整理过程中，实习教师每天要组织讲评，及时纠正成果编制中的失误。
实测地层剖面数据的编辑与整理 实测地层剖面是指在选择好的剖面线上对地层进行划分、测量与研究。室内数据处理包括对各个数据记录的校对和完整性的检查、分层的室内归并以及真厚度计算，主要通过SDP实测地层内业处理软件完成。在实测地层剖面数据处理系统（SDP）中，首先要将野外取得的数据保存在系统数据库中，然后再对它们进行加工整理，自动绘制成各类表格和地质图件，并可以将计算结果、表格和图件打印输出。目的是提高实测地层剖面工作的质量和效率，减轻区测工作人员的劳动强度。
GiSP数据的输入和整理 GiSP是依托GIS技术研发的地质调查数据处理平台，用来对野外确定的位置点进行信息补充和完善，同时对数据进行分析，在此基础上形成实际材料图。GiSP数据管理器具有很强的数据编辑功能，导入巢湖地区填图区域地图后，可以根据需要录入、编辑或删除点位数据。位置点和地层产状的标注分别采用“数据图示”菜单中的“标注位置点”和“标注产状”选项即可实现。目前GiSP试用版仅能输出实际材料图框架。框架图由位置点及其点号、位置点的产状、测区范围构成。输出实际材料图使用“图件输出”的“导出图档”选项来实现。为了获得最佳的解析度，在使用“输出图档”选项之前，应该通过“显示比例控制”设置显示窗口，尽量将工作区铺满整个地图视图窗口，然后再使用“输出图档”输出图形。GiSP输出的图档可以导入到Coreldraw软件中与事先打开的专业图件底图叠加进行精细加工。
实际材料图和地质图的制作 实际材料图是在地形图上的野外操作手图，反映全部野外工作行为（路线、地质点、地层产状、地层/岩石单位、矿产资源、断裂构造），是地质图和构造纲要图的基础，具有原创性、综合性和质量属性。绘图要求上墨不着色。野外所有地质点信息检查整理无误后，首先，输入GiSP数据处理软件，标注在地形图上之后选择输出，将点位信息导入Coreldraw实际材料图底图。其次，通过不同检索手段在符合V字型法则的基础上，进行地质连图。再次，对所连地质界线赋属性，线转弧段造区，赋予区属性，最终形成实际材料图。地质图是在实际材料图基础上的简化，去掉路线、地质点，简化地形线，反映野外工作实测的和推测的地质现象，包括主图和附图。主图要具备四要素：地层产状、地层/岩石单位、矿产资源、断裂构造。附图对地质现象进行简要解释，其中综合地层柱状图是对测区地层的解释，地质剖面图是对测区构造框架的解释。绘图要求根据地质行业标准，进行不同地质实体的着色、花纹填充，提取和叠加注记、产状、矿产等图层，最终即可完成数字地质图的初步编辑工作。构造纲要图是突出构造的地质图的简化，要求以构造旋回为单位，突出褶皱构造和断裂构造，绘出褶皱轴迹。
内业资料处理结束后，要求每个学生提交野外记录本、岩石标本及化石标本，实测剖面综合成果图及文字报告和一份实习报告，每个小组提交一套图件（包括实际材料图、地质图、构造纲要图等）。
几点经验
区域地质调查实习中应用数字地质填图，从野外数据采集过程入手，实现了地质观察的图、文、像的数字化。2009年至今，学生在巢湖数字化区域地质调查实习，进一步证实了该技术应用于区域地质调查实习是切实可行的。根据实践教学的经验，现提出以下几个值得重视的问题。
应重视地质基本技能训练 传统的地质填图理论与方法是数字化地质填图的基础。野外岩石、矿物的识别，各种构造及地质现象的分析，罗盘及地形图的使用等是一切地质工作的基础，是从事地质工作必须具备的最基本技能。如果不重视这些基本方法和基本技能的训练，野外数字化填图就无法开展。因此，不能因为数字化填图就放弃传统工具的使用，在教学安排上必须强调基础知识和基本功、基本技能的训练，必须人人动手、动脑，每个学生都必须观察、记录、素描，每天结束后每人都得写当天路线小结，并提出新认识、新观点和新建议。
增强学生的独立工作能力 野外数据采集的每个阶段，教师讲解、示范后，都应由学生独立完成，教师负责检查和督查。室内每个学生都必须独立完成所有图件和报告。实习结束前我们安排野外考试检验学生野外工作能力。学生以小组为单位沿考试路线统一行动。个人在野外记录本上独立完成野外记录和路线剖面示意图，在考试路线的终点将野外记录本交给监考教师；实习结束后还以小组为单位选出优秀实习成果进行展示和评比。
要加强师生交流，保证实习任务完成 要想让数字地质填图在区域地质调查实习中得到高质、高效的应用，就要求野外填图人员都必须提高对GIS及地质专业的理解和综合能力。在实习中我们采取多种方式确保实习任务的完成，教师对野外所有地质现象统一备课、统一认识，野外踏勘间隙安排多次技术讲座，每天都要讨论明天的教学内容安排，总结当天的教学情况，同时下班与学生一起总结当天的路线地质情况，解答学生的问题。
综上所述，将最新的数字地质填图方法应用于区域地质调查实践教学中，可使学生在校期间就掌握最先进的技术，体现五年制高职实践教学体系与时俱进、积极面向社会需求的特点，为学生将来从事地质工作打下良好基础，提高学生的就业竞争力。
