山東省地質信息集成與綜合利用探索
——積極推進“透視山東”建設

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.中國建筑材料工業地質勘查中心山東總隊，山東 濟南 250100；3.菏澤市自然資源和規劃局，山東 菏澤 274000)

0 引言

地質工作要始終服從國民經濟、社會發展和國家安全需要為首要出發點和落腳點，為經濟社會發展提供基礎資料，為國家宏觀決策提供科學依據[1-4]。目前，山東省已建成有地質資料信息服務集群化產業化試點研究、山東省重要鉆孔數據統一管理、地質礦產3D系統、山東省建設項目壓覆礦業權及礦產地數據庫應用系統、山東省地質勘查成果應用服務系統、山東省地質環境監測服務等多個系統。但已有系統都比較單一，數據內容單薄，數據庫軟件難以集成，山東省地質信息化建設的現狀與地質信息利用單位對信息化的需求不相匹配[5-6]。

1 地質數據現狀及其特點分析

1.1 成果地質資料現狀及特點分析

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、礦產地質、水文地質、工程地質、環境地質、地球物理與地球化學、遙感地質和各類地質科研成果等資料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資料，日文資料189檔，英文資料2檔。按專業類別統計，區域地質類成果共有349部；礦產地質類成果有10416部，其中能源礦產(含壓礦)3176部、金屬礦產4940部、非金屬礦產2016部、水氣礦產284部、油氣礦產1596部；水工環地質類成果2554部；物化遙和農業地質類共892部；地質科研和其他類成果共有866部。館內還珍藏著翁文灝、譚錫疇、劉國昌、馬子驥等人親自編寫的成果資料，多數為原稿(照片1)，這些資料是我國地質發展史上的重要文化遺產，具有較高的歷史文化研究價值[7-8]。數據精度從1∶1萬到1∶50萬，數據覆蓋省級--區域級—城鎮級不同尺度，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、數據量大、數據增長快、可獲取價值高[9-11]。

照片1 翁文灝手稿1

1.2 基礎地質類數據

全省基礎地質類數據主要包括1∶25萬區域地質調查數據、1∶20萬區域地質調查數據、1∶5萬區域地質調查數據、1∶25萬區域水文地質調查數據、1∶20萬區域水文地質調查數據、1∶5萬區域水文地質調查數據以及全省生態農業地球化學調查數據等?；A地質類數據(中國地質調查局統一下發)主要是以標準分幅形式存儲，數據主要內容包含基礎地理、地質圖層、專題數據和專題報告等。除存有紙質報告和圖件外，還存儲了電子數據。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 鉆孔資料數據

鉆孔資料是地質調查、資源評價最重要的原始成果，是原始地質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]。經過地質人的艱苦卓絕的努力，山東省積累了大量地質鉆孔資料，據統計，已入庫館藏鉆孔基本信息齊全的鉆孔數達6萬多眼。

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

按照鉆孔深度統計，孔深500～1000m鉆孔個數最多，達11792眼。其次為孔深300～500m的鉆孔數為11470眼， 100～300m的鉆孔數為19943眼，前3項鉆孔數相當。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。孔深2000m以上的鉆孔大多為巖金、巖鹽、煤炭地質勘查及科學研究性質施工的鉆孔(圖2)。

圖1 山東省不同類別鉆孔數量統計圖

圖2 館藏鉆孔深度分布特征圖

2 “透視山東”建設現狀

2.1 建設內容

將山東省歷年積累的地質資料，經標準化處理，建立集成基礎地質、礦產勘查、資源分布與開發利用等相關成果數據庫，利用數據集成，構建“透視山東”三維可視化模型和地質信息綜合利用智能管理平臺，歸結為“一庫一模一平臺”，實現地質工作管理和服務利用的數字化、信息化、智能化[15-16]。

(1)建設地質信息集成數據庫。制定統一標準，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信息數據庫。

(2)建立山東省三維可視化地質模型。利用標準化的地質信息資料，采用顯式剖面與隱式自動相結合的三維建模技術，將全省分為魯東低山丘陵區、魯中南中低山丘陵區和魯西北平原區3個地質單元，統一構建起山東省全域范圍、控制深度1000m標高的三維可視化地質模型。

(3)開發建設山東省地質信息綜合利用智能管理平臺(圖3)。圍繞數據庫所存儲數據資料的綜合利用，開發包含相關功能模塊的管理平臺，實現地質信息查詢、地質勘查信息化管理與決策功能、“智慧探礦”“智慧礦?！睌祿治?、城市地下空間開發利用決策、國土空間開發和“雙評價”地質信息支撐、服務重大工程選址和運營管理提供基礎。

圖3 山東省地質信息綜合利用智能管理平臺架構

2.2 取得的初步成果

2.2.1 館藏資料整理與數據庫結構設計

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、化驗分析結果和鉆孔的基本情況。在此基礎上，進行了地質信息集成數據庫的結構設計，明確了數據庫的內容、數據存儲結構、圖層命名與編碼及數據采集質量控制等內容，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《關于印發〈山東省地層侵入巖構造單元劃分方案〉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，結合多尺度地質圖(以1∶25萬地質圖為主，1∶50萬、1∶5萬、1∶20萬地質圖為輔)，參考國內外三維地質結構模型分層經驗，尤其是濟南三維地質結構模型分層標準，在全面梳理館藏鉆孔數據的基礎上，建立了山東省三維可視化地質模型“系-統-組(序列)-巖性工程地質特征”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模型圖式圖例系統庫。

2.2.3 完成鉆孔標準化及三維地質框架和典型礦區模型建設

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

結合建模軟件設計及其對數據格式的要求，完成了全省地質區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構修改和賦值處理；完成了全省DEM數據的格式轉換和鑲嵌拼接。DEM數據和地質圖所有圖層均通過投影變換轉換為2000國家坐標系，為剖面數據的生成奠定了基礎。

按照五級構造單元劃分標準，每一個單元有剖面控制，垂直于主要構造和地層走向方向有剖面控制，重要城市、港口、重大工程建設區有剖面控制，主干剖面和輔助剖面結合控制，穿過代表性高質量鉆孔有剖面控制的剖面部署“5控制原則”，在魯東建模區布設縱橫交叉剖面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，搭建了魯東地區三維地質框架。選取魯東地區黃縣煤田和焦家金礦帶作為典型礦區布設加密剖面進行礦區三維地質模型建設。

圖4 三維建模地質剖面圖

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絡強國戰略部署，自然資源部提出全面推動新一代信息技術與自然資源管理的深度融合，實現自然資源管理的數字化、網絡化和智能化。山東省自然資源廳與七部門聯合頒發的《關于進一步加強山東地質工作的意見》中提出打造“智慧地質”，提升信息化管理和服務水平。云計算、大數據和人工智能、GIS、物聯網、遙感、無人機技術的迅猛發展，地質信息集成與三維建模技術日益成熟，地質信息集成與三維建模工作已在各地質領域推廣普及，四維動態模型也開展了探索性工作[17-19]。如濟南、青島等城市地質建模、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體系，為實現全省的透明可視化提供了有利技術支撐[20]。省內目前實施的“天地圖”、“地質云·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、現勢性強的基礎地理信息數據資源，實現數據共享。

3.2 認清建設難度和攻克技術難題

認真總結建設過程中的得失，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。對于地質條件復雜的地區，尤其是鉆孔缺乏地區，利用物探資料輔助三維地質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模型數據運算效率和展示速度存在技術瓶頸，后期模型的運算和服務需要攻克展示速度、展示效果、自動更新等多項關鍵技術問題。

4 結論

山東省地質信息存在多樣性、多尺度、多維性、異構性和海量性等特點，若要實現這些數據的建模和可視化是一件非常復雜的工作。在建設過程中應結合三維地質建模對數據精度和一致性的要求，按一定的規則對原始鉆孔、剖面、地質圖進行概化處理，使得這些反應地質結構的數據逐步變得有序化。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模型數據、地質成果數據等多源數據開展研究，通過集成整合多種開源分布式數據庫和文件系統，分別用來存儲和管理關系型數據、切片型數據、實時性數據、非結構化數據以及多類型數據，實現多源異構數據的集成與一體化管理。加大公開信息資源供給，進一步完善地質資料匯交誠信體系，切實加強事中、事后監管。建立自然資源、住房城鄉建設、交通運輸、水利等部門地質資料數據共享協作機制，加快海量地質數據匯聚集成，推進地質數據資源整合共享。圍繞國家重大戰略部署需求，形成適應國家、社會、市場需求的專題服務產品。