ArcGIS格網(wǎng)分析法在整裝勘查區(qū)礦業(yè)權布局分析中的應用

易繼寧,林 燕,郭 佳,靳 松

(1.中國地質大學(北京)地球科學與資源學院，北京100083；2.中國地質調查局發(fā)展研究中心，北京 100037;3.國土資源部礦產(chǎn)勘查技術指導中心，北京100011；4. 中國煤炭地質總局航測遙感局,陜西 西安 610054)

ArcGIS格網(wǎng)分析法在整裝勘查區(qū)礦業(yè)權布局分析中的應用

易繼寧1,2,3,林 燕4,郭 佳2,3,靳 松2,3

(1.中國地質大學(北京)地球科學與資源學院，北京100083；2.中國地質調查局發(fā)展研究中心，北京 100037;3.國土資源部礦產(chǎn)勘查技術指導中心，北京100011；4. 中國煤炭地質總局航測遙感局,陜西 西安 610054)

針對統(tǒng)計分析法、人工判圖法等常規(guī)方法在礦業(yè)權布局研究中的局限性，本文提出了基于ArcGIS的格網(wǎng)分析法，并應用于大冶-陽新整裝勘查區(qū)礦業(yè)權布局變化情況研究工作。分析結果顯示，位于最小預測區(qū)范圍內(nèi)的大多數(shù)探礦權均處于勘查階段停滯狀態(tài)或者是縮減勘查面積。與傳統(tǒng)分析法相比，格網(wǎng)分析法能夠將不規(guī)則變化的礦業(yè)權數(shù)據(jù)轉換為規(guī)則數(shù)據(jù),有利于實現(xiàn)前后多期礦業(yè)權信息數(shù)據(jù)的自動關聯(lián)與對比，便于凸顯關鍵信息，能夠大幅提升研究工作效率。

格網(wǎng)；整裝勘查區(qū)；礦業(yè)權布局

配套找礦突破戰(zhàn)略行動而設立的整裝勘查區(qū)是我國陸域礦產(chǎn)資源潛力較大、未來最有可能成為礦業(yè)基地的關鍵區(qū)域，開展整裝勘查區(qū)礦業(yè)權設置與空間布局變化情況分析研究，對于實現(xiàn)找礦重大突破具有十分重要的意義。為從源頭上保障礦產(chǎn)資源勘查開采合理布局，2011年國土資源部專門出臺了礦業(yè)權設置方案制度，并在整裝勘查區(qū)內(nèi)率先實行[1]。業(yè)內(nèi)學者也紛紛開展礦業(yè)權布局方面的研究工作，基于礦業(yè)權設置方案相關研究成果，杜雪明(2015)設計提出了礦區(qū)布局模型(ML模型)[2]；朱清(2016)根據(jù)礦產(chǎn)資源開發(fā)在微觀個體、國內(nèi)經(jīng)濟、國際貿(mào)易中的差異特征，提出了礦產(chǎn)資源開發(fā)布局的三個層次[3]；羅小利(2013)和劉曉偉(2015)分別以云南保山-龍陵地區(qū)鉛鋅礦整裝勘查區(qū)和鶴慶北衙金多金屬礦整裝勘查區(qū)為例[4-5]，進行礦業(yè)權布局優(yōu)化分析。

隨著礦業(yè)權布局研究工作的不斷深入，常規(guī)的分析方法已經(jīng)難以滿足一定區(qū)域內(nèi)的多個時期的礦業(yè)權布局情況對比分析的工作需要。常規(guī)的統(tǒng)計分析方法，僅能夠對不同時期的礦業(yè)權個數(shù)、面積等屬性信息進行比對，難以反映礦業(yè)權空間布局上的變化。如圖1所示。盡管分析目標區(qū)域內(nèi)探礦權均已發(fā)生變化，但探礦權的個數(shù)、勘查區(qū)塊總面積卻基本保持不變。而采用多期礦業(yè)權分布圖比對的方式，只能輔助分析人員概略比對不同時期礦業(yè)權空間布局上的變化，但難以對區(qū)域礦業(yè)權布局的整體變化情況進行量化分析。

圖1 區(qū)域礦業(yè)權布局變化對照示意圖

數(shù)據(jù)的本質是反映空間、時間和屬性之間的關系及內(nèi)容，數(shù)據(jù)模型可分為規(guī)則和不規(guī)則兩類。類似于礦業(yè)權數(shù)據(jù)這樣的不規(guī)則數(shù)據(jù)模型，難以像規(guī)則數(shù)據(jù)模型一樣進行大規(guī)模的、有序的處理與分析。因此，本文提出了基于ArcGIS的格網(wǎng)法用以分析不規(guī)則的礦業(yè)權空間數(shù)據(jù)，使之整體轉換為一種規(guī)則化的空間數(shù)據(jù)形態(tài)，以滿足礦業(yè)權布局變化分析。

1 基于ArcGIS的格網(wǎng)分析方法

1.1 數(shù)據(jù)預處理

參與礦業(yè)權布局變化分析的核心數(shù)據(jù)是礦業(yè)權登記數(shù)據(jù)[6]。該數(shù)據(jù)為Access格式數(shù)據(jù)，來源于國土資源部兩權登記數(shù)據(jù)庫。礦業(yè)權登記數(shù)據(jù)包含：礦業(yè)權人、勘查單位、礦種、勘查階段、有效期起止日期、首次發(fā)證日期、發(fā)證機關、所屬行政區(qū)等屬性信息；礦業(yè)權拐點坐標字段為標準字符串形式。

由于我國礦業(yè)權管理實行部、省、市、縣四級發(fā)證，受技術條件或歷史原因影響，部分礦業(yè)權登記數(shù)據(jù)存在空字段或字段信息明顯有誤的情況。特別是礦業(yè)權拐點坐標字段常見字符串結構異常、挖空區(qū)坐標丟失、XY坐標點對錯位等錯誤。因此，需要對上述礦業(yè)權登記數(shù)據(jù)進行人工篩查、格式轉換(投影變換)、統(tǒng)一空間參考等整理工序，生成統(tǒng)一的shapefile格式文件以滿足后續(xù)分析需要(圖2)。此外，參與礦業(yè)權布局空間分析的礦產(chǎn)資源規(guī)劃禁止區(qū)、潛力評價最小預測區(qū)等信息數(shù)據(jù)也需要按照此流程進行整理。

1.2 創(chuàng)建格網(wǎng)

為有效表達礦業(yè)權空間布局變化情況，本文采用標準矩形格網(wǎng)建立空間格網(wǎng)模型，如圖3所示，每個格網(wǎng)不僅具有精確的空間位置，而且能夠關聯(lián)礦業(yè)權相關登記庫屬性信息。

圖2 基礎數(shù)據(jù)資料分析及整理流程圖

圖3 二維格網(wǎng)關系模型示意圖

考慮到全國整裝勘查區(qū)內(nèi)探礦權平均面積大于20km2，采礦權平均面積小于2km2(易繼寧，2014)，因此本文采用的格網(wǎng)長寬均為1km。格網(wǎng)文件(shapflie格式)采用ArcGIS的Create Fishnet工具統(tǒng)一創(chuàng)建，以全國整裝勘查區(qū)空間范圍為模板，設定格網(wǎng)的Left、Bottom、Right、Top大致范圍并采用一致的投影參數(shù)。此外，每個格網(wǎng)均有一個唯一且不變的編號，用于后續(xù)檢索與分析需要。

經(jīng)統(tǒng)計，全國非鈾礦整裝勘查區(qū)范圍內(nèi)共涉及44.3萬個格網(wǎng)?？紤]到格網(wǎng)邊長每縮小一半，格網(wǎng)總數(shù)將增加為原先的4倍，因此從保障數(shù)據(jù)分析精度和控制數(shù)據(jù)分析運算量的雙重角度考慮，采用邊長1 km的矩形格網(wǎng)能夠滿足需求。

1.3 構建格網(wǎng)數(shù)據(jù)與礦業(yè)權數(shù)據(jù)的空間關聯(lián)關系

格網(wǎng)只是一個空間信息的載體，只有通過空間關聯(lián)的方法為其精確賦值，才能準確地反映礦業(yè)權布局與變化情況。同時，考慮到礦業(yè)權的空間范圍差別較大且存在部分交叉重疊，要確保每個格網(wǎng)僅對應唯一的礦業(yè)權，就需要對相關礦業(yè)權數(shù)據(jù)進行甄別與篩選。因此，完成格網(wǎng)數(shù)據(jù)與礦業(yè)權數(shù)據(jù)的空間關聯(lián)，需要利用ArcGIS程序的Intersect與Spatial join兩個工具。

首先，利用Intersect及相關輔助工具，完成格網(wǎng)數(shù)據(jù)與礦業(yè)權空間數(shù)據(jù)的平面交叉重疊分析，判斷每個格網(wǎng)與各礦業(yè)權的重疊關系并計算其重疊面積。為避免“擦邊”重疊現(xiàn)象干擾格網(wǎng)賦值，對于格網(wǎng)與對應礦業(yè)權重疊面積小于0.05km2的，則視為無重疊關系。

然后，利用Spatial join工具，建立格網(wǎng)數(shù)據(jù)與礦業(yè)權數(shù)據(jù)的空間聯(lián)系，并將對應礦業(yè)權的相關屬性信息導入相應格網(wǎng)屬性信息。為便于后續(xù)分析計算，在此環(huán)節(jié)可以對探礦權勘查階段分別賦值：預查-1、普查-2、詳查-3、勘探-4；采礦權可視作勘探階段進行賦值?？紤]到部分格網(wǎng)可能對應多個礦業(yè)權，如圖4所示，為確保格網(wǎng)賦值的有效性，需要對相關礦業(yè)權數(shù)據(jù)進行甄別與篩選，具體賦值方案如表1所示。

圖4 格網(wǎng)賦值甄別與篩選原則示意圖

考慮到上述賦值、計算、分析等步驟涉及分析數(shù)據(jù)量較大，操作時間長，因此本文通過ArcGIS ModelBuilder工具，結合VB Script和python腳本語言建立數(shù)據(jù)處理模型，完成多期礦業(yè)權登記庫數(shù)據(jù)篩選、要素格網(wǎng)分析等工作。

1.4 多期次礦業(yè)權布局變化對比分析

在完成兩期礦業(yè)權數(shù)據(jù)與格網(wǎng)數(shù)據(jù)空間關聯(lián)的基礎上，以格網(wǎng)單元的空間位置和“格網(wǎng)編號”為索引，可以基于ArcGIS逐一比對各個格網(wǎng)內(nèi)前后兩期礦業(yè)權屬性信息的變化情況。特別是結合探礦權勘查階段程度，通過計算兩期格網(wǎng)勘查階段的數(shù)值差并以不同色標表示，可以實現(xiàn)區(qū)域勘查階段程度變化情況的可視化分析，鮮明地反映區(qū)域內(nèi)礦業(yè)權空間布局的變化情況(圖5)。

表1 不同類型格網(wǎng)賦值方案表

注：為了避免干擾，凡是兩期勘查階段賦值同時為100的格網(wǎng)(意味著該處為空白區(qū))不參與勘查階段程度變化分析計算。圖5 區(qū)域礦業(yè)權勘查階段變化對比圖

2 應用實例

本文選擇湖北大冶-陽新銅金礦整裝勘查區(qū)進行實例分析，以驗證格網(wǎng)分析法在礦業(yè)權布局研究中的成效。采用的數(shù)據(jù)源分別為2010年全國礦業(yè)權實地核查庫數(shù)據(jù)和2015年全國探礦權采礦權登記庫數(shù)據(jù)。為突出整裝勘查區(qū)工作特點，此次分析只針對主攻礦種礦業(yè)權。

2.1 整裝勘查區(qū)概況

湖北大冶-陽新銅金礦整裝勘查區(qū)位于湖北省鄂東南地區(qū)，面積1 212 km2。整裝勘查區(qū)處于長江中下游成礦帶西段，以銅、金礦為主攻礦種，礦床類型以矽卡巖型、斑巖型、斑巖型-矽卡巖型、層控矽卡巖型等銅金礦為主。整裝勘查區(qū)內(nèi)密集分布潛力評價最小預測區(qū)。整裝勘查區(qū)內(nèi)設有網(wǎng)湖自然保護區(qū)核心區(qū)；保護區(qū)內(nèi)共涉及一個普查階段探礦權和一個銅礦采礦權，2010～2015年間沒有新設礦業(yè)權(圖6)。

截至2015年，湖北大冶-陽新銅金礦整裝勘查區(qū)內(nèi)共有主攻礦種探礦權58個，總勘查面積172.86 km2；相對于2010年，探礦權減少了14個，總勘查面積減少了84 km2。在勘查階段程度方面，2015年整裝勘查區(qū)內(nèi)探礦權仍以普查階段為主，詳查及勘探階段探礦權共計16個，總勘查面積9.95 km2；相對于2010年，高階段探礦權大幅增加了13個，總勘查面積增加了8 km2。大冶-陽新整裝勘查區(qū)主攻礦種礦業(yè)權概況見表2。從統(tǒng)計數(shù)據(jù)上來看，整裝勘查區(qū)內(nèi)呈現(xiàn)探礦權逐步減少，總體勘查程度較大提升的良好態(tài)勢。

圖6 湖北大冶-陽新銅金礦整裝勘查區(qū)礦業(yè)權分布圖

表2 大冶-陽新整裝勘查區(qū)主攻礦種礦業(yè)權概況

2015年2010年個數(shù)面積(km2)個數(shù)面積(km2)探礦權預查00111．09普查42162．9168244．11詳查157．520．25勘探12．4511．67合計58172．8672257．12采礦權5924．235223．52

采礦權方面，湖北大冶-陽新銅金礦整裝勘查區(qū)內(nèi)主攻礦種采礦權由2010年的52個增加到2015年的59個，但礦區(qū)范圍并沒有明顯增加。

2.2 整裝勘查區(qū)礦業(yè)權布局格網(wǎng)分析

采用格網(wǎng)分析法對湖北大冶-陽新銅金礦整裝勘查區(qū)進行1km×1km格網(wǎng)化后，全區(qū)共劃分為1 315個格網(wǎng)。其中，非空白區(qū)格網(wǎng)542個，包括：提升勘查階段的格網(wǎng)166個，占總數(shù)的12.62% ；保持不變的格網(wǎng)213個，占總數(shù)的16.20%；降低勘查階段的格網(wǎng)163個，占總數(shù)的12.40%。如圖7所示，可以清楚發(fā)現(xiàn)整裝勘查區(qū)大部分已設礦業(yè)權區(qū)域的勘查階段程度處于停滯或退出狀態(tài)。

圖7 整裝勘查區(qū)格網(wǎng)變化示意圖

特別是涉及潛力評價最小預測區(qū)的657個格網(wǎng)中，提升勘查階段的格網(wǎng)共59個，僅占總數(shù)的8.98%；而保持不變的格網(wǎng)183個，占總數(shù)的27.85%；降低勘查階段的格網(wǎng)110個，也占到了總數(shù)的16.74%。如圖8所示。

圖8 最小預測區(qū)格網(wǎng)變化示意圖

結合圖6和圖9可以進一步發(fā)現(xiàn)，2010～2015年間，整裝勘查區(qū)內(nèi)勘查階段提升較快的區(qū)域主要位于礦業(yè)權密度較低的整裝勘查區(qū)東部，以空白區(qū)新設探礦權為主。相對而言，礦業(yè)權分布較為密集的整裝勘查區(qū)西部區(qū)域的整體勘查階段明顯提升緩慢；其中，相當部分探礦權已經(jīng)過期，過期時間最長的可達7年之久；還有一部分探礦權屬于被動縮減勘查面積。

潛力評價最小預測區(qū)所在地域，作為整裝勘查區(qū)內(nèi)資源稟賦最好、資源潛力最大的區(qū)域，同樣應該成為整裝勘查區(qū)內(nèi)勘查進展最快的區(qū)域。然而，從格網(wǎng)分析結果和圖面顯示來看，大多數(shù)位于最小預測區(qū)范圍內(nèi)的探礦權均處于勘查階段停滯或者是退出狀態(tài)，僅有位于整裝勘查區(qū)西南部的湖北省大冶市某某詳查探礦權(圖9圓圈所示)提升勘查階段速度較快。

2.3 推進整裝勘查的政策建議

隨著近幾年來國際礦產(chǎn)品價格進入新一輪低谷，國內(nèi)礦產(chǎn)資源勘查熱潮顯著降溫，鐵、銅、鋁等大宗礦產(chǎn)的勘查資金投入以及鉆探工作量均大幅下降，社會資金投入減少的幅度最大。在這一全國性的勘查投入萎縮的大背景下，整裝勘查區(qū)內(nèi)礦產(chǎn)資源勘查活動同樣受到嚴重影響。

考慮到目前找礦突破戰(zhàn)略行動已經(jīng)進入第三階段，且當前整裝勘查區(qū)內(nèi)大部分潛力評價最小預測區(qū)內(nèi)均已設置礦業(yè)權。要在規(guī)定時間內(nèi)完成找礦突破戰(zhàn)略行動預定目標，實現(xiàn)整裝勘查、快速突破，單純依靠加大空白區(qū)新立探礦權出讓力度已經(jīng)意義不大。因此，下一步整裝勘查區(qū)配套激勵政策需要重點引導勘查投資轉向資源潛力較大且具有一定勘查工作程度的已設探礦權，特別是大中型礦山的深部和外圍以及在2011～2015年取得重大突破的探礦權及其外圍。一方面，要充分發(fā)揮市場的決定性作用，積極鼓勵社會各類投資主體參與礦產(chǎn)勘查，并允許地勘單位以知識、技術、管理等要素折股參與地質找礦風險投資，分享找礦成果收益；另一方面，還需要繼續(xù)推進探礦權監(jiān)督管理制度改革，維護整裝勘查區(qū)內(nèi)礦產(chǎn)資源勘查行業(yè)秩序，盤活整裝勘查區(qū)內(nèi)“沉睡”的存量探礦權。

3 結論

本文應用基于ArcGIS的格網(wǎng)分析法開展湖北大冶-陽新銅金礦整裝勘查區(qū)2010～2015年礦業(yè)權布局變化研究工作，著重分析了探礦權勘查階段程度變化情況，與傳統(tǒng)分析法相比，充分體現(xiàn)了格網(wǎng)分析法在礦業(yè)權空間布局分析方面具有以下優(yōu)點。

1)相對于工作效率低且難以得出有效量化分析結論的傳統(tǒng)人工比對礦業(yè)權分布圖件的方式，應用統(tǒng)一的格網(wǎng)分析多期礦業(yè)權數(shù)據(jù)，可以基于ArcGIS程序將礦業(yè)權空間變化用規(guī)則的形態(tài)進行表達，有利于自動比對前后多期礦業(yè)權布局的變化情況。

2)由于礦業(yè)權登記數(shù)據(jù)具有時變性特點，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析法難以實現(xiàn)多期礦業(yè)權登記數(shù)據(jù)之間的嚴格匹配；而采用統(tǒng)一的格網(wǎng)則可以對整裝勘查區(qū)全域空間進行礦業(yè)權屬性數(shù)據(jù)賦值，有利于前后多期礦業(yè)權屬性信息數(shù)據(jù)的關聯(lián)和比對。

3)采用格網(wǎng)法表達礦業(yè)權變化情況，尤其是探礦權勘查階段的變化，有利于減少圖面顏色數(shù)量，降低視覺負載，方便分析人員捕捉關鍵信息。

4)伴隨著登記數(shù)據(jù)逐步積累，登記庫中可能存在同一個探礦權的多期數(shù)據(jù)項，在進行統(tǒng)計時難以區(qū)分和剔除；即便采用設置統(tǒng)一的過期時間的篩選方法，也有可能會誤刪一部分已過期但是并不重復的數(shù)據(jù)項。而采用格網(wǎng)法，每個格子只能賦一個條屬性值，可以通過條件語句確保每個格網(wǎng)只關聯(lián)最新一期的探礦權的數(shù)據(jù)信息，有利于過濾無效信息、剔除數(shù)據(jù)庫中的冗余數(shù)據(jù)。

綜上所述，基于ArcGIS格網(wǎng)分析法能夠滿足礦業(yè)權數(shù)據(jù)靈活、便捷、可擴展存儲式的分析要求，提供了更加直觀、準確、有效的分析結果，在整裝勘查區(qū)礦業(yè)權布局研究應用中能夠大幅提升工作效率。

圖9 湖北大冶-陽新銅金礦整裝勘查區(qū)勘查階段程度變化圖

[1] 易繼寧,張福良,郭佳. 我國首批整裝勘查區(qū)探礦權設置現(xiàn)狀分析與優(yōu)化建議[J]. 中國礦業(yè), 2014，23(1)： 28-31, 35.

[2] 杜雪明. 中國礦業(yè)權空間布局研究 [D].北京：中國地質大學(北京), 2015.

[3] 朱清. 礦產(chǎn)資源開發(fā)布局及其制度優(yōu)化 [J]. 中國國土資源經(jīng)濟, 2016(1)：46-50.

[4] 羅小利,呂建偉,朱清. 礦業(yè)權設置方案布局優(yōu)化評估研究——以云南保山-龍陵地區(qū)鉛鋅有關方面勘查示范區(qū)為例[J]. 中國國土資源經(jīng)濟，2013(12)：61-64.

[5] 劉曉瑋,楊孟,包從法,等. 整裝勘查區(qū)礦業(yè)權設置合理性分析：以云南鶴慶北衙金多金屬礦整裝勘查區(qū)為例[J]. 中國礦業(yè)，2015，24(2)：24-29.

[6] 蔣承菘. 地礦行政與地質勘查[M]. 北京：中國大地出版社，2001.

The application of grid analysis method based on ArcGIS for the layout of mining rights in the equipped exploration districts

YI Jining1,2,LIN Yan3,GUO Jia2,JIN Song2

(1.School of Earth Sciences and Geosciences, China University of Geosciences (Beijing),Beijing 100083, China; 2.Development Research Center， China Geological Survey,Beijing 100037,China;3.Technical Guidance Center of Mineral Resources Exploration, Ministry of Land and Resource, Beijing 100011, China;4.Aerial Photogrammetry and Remote Sensing Bureau, China National Administration of Coal Geology, Xi’an 710054, China)

Aiming at the limitation of conventional analysis methods in the study of mining rights layout, such as statistical analysis and manual interpretation,this paper presents a grid analysis method based on ArcGIS, which has been used in the study of the changes of mining rights layout in the Daye-Yangxin equipped exploration districts. According to the analysis results，part of prospecting rights in the prospective area of mineral deposits did not improve exploration phase, and the others reduced exploration area. Compared with the conventional methods, the grid analysis method is able to turn the irregular data into orderly data, such as the prospecting rights data. At the same time, the new method can achieve the automatic correlation of data and compare the data extracted from the minning rights database in different periods. Critical information could be more readily represented on the grid diagram. This can greatly enhance the work efficiency.

grid; equipped exploration districts; the layout of mining rights

2016-05-12

易繼寧(1982-)，男，河北邯鄲人，副研究員，博士研究生，主要從事礦產(chǎn)勘查、GIS應用等方面的研究，E-mail：yijining@163.com。

F205;P23

A

1004-4051(2017)02-0045-06