淺析濰坊市巖心數字化建設

摘要：本文采用相關文獻回顧和實證研究相結合的方法，梳理了當前實物巖心管理及數字化技術現狀，并以濰坊市巖心數字化應用平臺建設為例分析了巖心數字化對城市發展的促進作用。在此基礎上，本文系統總結了巖心數字化重要意義，提出了巖心數字化工作面臨的主要問題，最后有針對性的提出了巖心數字化工作的對策建議。

關鍵詞：巖心數字化；城市發展；對策建議；濰坊市

中圖分類號：P611 """文獻標識碼：A """doi：10.12128/j.issn.1672-6979.2024.04.010

引文格式：曹培敬，姜斌，于忠華.淺析濰坊市巖心數字化建設［J］.山東國土資源，2024，40（4）：73-78.CAO Peijing， JIANG Bin， YU Zhonghua. Analysis on Rock Core Digitization Construction in Weifang City［J］.Shandong Land and Resources，2024，40（4）：73-78.

0 引言

巖心是重要的地質實物資料，根據巖心資料可以重建地層結構。城市發展與城市地層結構息息相關，城市規劃、建設和管理需要精準的地層資料。城市地質調查作為城市規劃、建設和管理的重要基礎性和先行性工作，當前正在全國逐步開展，獲取了海量的巖心資料。巖心被取至地表后，由于自然風化和保存不當，會逐漸失去其原始、真實面貌，甚至出現損壞、丟失，不利于后續對巖心的利用。

巖心數字化是一種基于照相、掃描、圖像分析、建模等技術實現巖心信息數字化的技術手段，有助于實現巖心信息的長久保存，且易于檢索和遠程共享。國外的巖心數字化工作的發展較早，美國、加拿大、澳大利亞、英國、德國等國家對于巖心等實物地質資料保管能力與服務水平比較高，積累了豐富的技術經驗［1］。近20年來，我國巖心數字化工作逐漸開展，有了長足的進步，巖心數字化信息成倍增長，并開展了共享服務。在城市發展領域，巖心數字化可以為城市規劃、建筑設計、環境保護和智慧城市等領域提供重要的數據支持，對于城市發展具有重要意義［2-6］。

1 實物巖心管理及巖心數字化現狀

根據全國數字巖心平臺統計，目前全國館藏機構70家，館藏巖心485.25萬m，其中巖心Ⅰ類142.17萬m、巖心Ⅱ類179.38萬m、委托保管163.70萬m，巖心數字化長度79.48萬m，可以看出，目前巖心數字化處理的比例仍然較低。山東省實物地質資料管理始于20世紀90年代，由各地勘單位分散保管［7-9］。為了統一系統地管理地質實物資料，原山東省國土資源廳于2013年委托泰安、濰坊及臨沂市國土資源局在各自屬地設立實物地質資料庫，作為省級實物地質資料館藏。山東省實物地質資料中心濰坊庫（以下簡稱濰坊庫），依托于濰坊市土地儲備中心，是山東省第一個智能化庫房，擁有6萬m巖心的存儲能力。目前，濰坊庫存有巖心6861.27m、巖屑1165袋、副樣85000余件，其中巖心數字化5186.73m，占全部巖心的75.6%。

目前，巖心數字化技術方法較多，有二維、三維圖像數字化、CT結構構造數字化、X熒光元素含量數字化、光譜礦物數字化、電阻率數字化及磁化率數字化等。按當前國內普遍采用的方法，可以分為巖心表面圖像處理、巖心化學參數處理和巖心物理參數處理（表1）。由于受到人才、資金等多方面影響，目前以巖心表面圖像處理為主，較少涉及巖心光譜礦物數字化、X熒光元素含量數字化、CT結構構造數字化。目前濰坊庫的處理技術為400dpi分辨率的表面二維圖像掃描。

2 巖心數字化應用平臺建設

透視濰坊-濰坊中心城區地質成果集成及應用示范項目（透視濰坊項目），主要依托濰坊庫已有數字化巖心資料，并少量補充采集巖心，構建了濰坊市地質信息綜合利用數據庫，包括鉆孔信息數據庫和地質成果數據庫；以此為基礎，利用GIS和數據庫技術，集成基礎地質、工程地質、水文地質、地熱資源等專題數據，建立了城市地質信息服務與決策支持平臺。值得一提的是，透視濰坊項目對現有數字巖心資料的直接利用，節省了人工成本及耗材成本，縮短了項目周期。建成后的數字化平臺，為國土空間規劃、基礎設施布局、重大工程選址和建設提供了重要基礎地質支撐和服務。

2.1 研究區范圍

數據庫建設研究區范圍為濰坊市全境，總面積15859km2。建模研究區范圍為濰坊中心城區，包括濰城、奎文、坊子、寒亭四區及濱海經濟技術開發區，面積約2163.5km2。

2.2 數字化巖心資料運用

本項目使用了濰坊庫各類型鉆孔資料2751孔，均為數字化巖心資料，包括鉆孔坐標、結構等。將這些信息進行矢量化后分類整理，導入數據庫。通過篩選，共數字化和屬性數據錄入鉆孔2751個，其中，有效入庫鉆孔2399個，包含0～50m孔341個、50～100m孔545個、100～200m孔744個、200～350m孔431個、350m以上孔338個。

2.3 地質信息綜合利用數據庫建設

利用GIS、數字地質、現代數據庫、虛擬現實、計算機網絡等技術，對研究范圍內多專業的地質信息和成果進行集成和綜合，實現對地質信息管理、更新維護、檢索查詢、分析評價、三維地質模擬和成果顯示，從而建立集基礎地理、鉆孔數據、基礎地質、地質勘察、三維地質模型、各類專題等多源、異構數據為一體的濰坊市地質信息綜合利用數據庫，滿足各類監測數據的一體化采集、海量屬性數據和空間數據的存儲和管理，能夠表達項目中形成的原始資料、中間資料和成果資料（圖1）。

2.4 三維可視化地質模型建設

建模選擇復雜地質體交互建模方法構建濰坊中心城區三維地質可視化模型，建模數據源包括1∶20萬、1∶5萬比例尺精度的地質圖、地表DEM數據、鉆孔數據，輔以物探數據。建模過程中利用篩選的控制性鉆孔，參考其他可利用鉆孔，以1∶20萬區域地質調查成果、1∶5萬區域地質調查成果和地面DEM高程為地表控制面，繪制29條橫剖面、19條縱剖面，共計48條縱橫交叉的地質剖面，形成173個單元格，建模深度為200m（圖2）。

利用模型屬性自動合并地質體的功能，把具有相同的屬性值且同時具有公共面的兩個體模型圖元自動合并為一個體圖元，同時把這兩個體圖元的公共面都刪除，最終形成一個內部聯通的大的完整的地質體模型。三維模型分析應用提供了模型的屬性查詢、模型移動旋轉及爆炸、模型切割、隧道開挖漫游等功能（圖3）。

2.5 濰坊市地質成果應用管理平臺

濰坊市地質成果應用管理平臺整體上包括地質信息集成數據庫平臺、服務工程和重大選址運營、濰坊市三維可視化地質模型平臺各子系統構成，每個子系統中由不同的功能模塊構成，系統總體架構如圖4所示。

通過大數據分析、物聯網和計算機信息化等技術，根據實際需要進行定制開發，建成“濰坊市地質成果應用管理平臺”，協助完成對不同時期、不同部門的基礎地理、工程地質、水文地質、環境地質、地質災害、地質資源等多源、海量、異構地質空間數據的一體化組織與管理工作，實現了地質工作管理和服務利用的數字化、信息化、智能化［11］。

通過B/S模式利用政府專網提供政府輔助決策服務窗口，輔助政府部門解決城市發展中所面臨的主要的地質環境問題，分析包括城市地下空間、水、土等地質資源的合理利用情況，為城市規劃、建設、環境保護和國土資源管理提供地質數據支撐和決策咨詢，在實際運用中取得了不錯的效果。

3 巖心數字化的重要意義

3.1 節約資金成本

早期野外勘探獲取的巖心，在巖心編錄和分析測試后，大多臨時集中存放在某一地點，甚至有的直接露天存放在野外。由于保管不善，經過長時間的風化及雨水侵蝕，很多巖心都已破損，后期再觀察研究時要重新打孔鉆探，增大了資金成本的投入。采用巖心數字化技術，將巖心的外表圖像、物理性質等參數以信息的形式進行電子存儲，既解決了實物易破損無法研究的問題，也為獲取巖心資料促進城市發展節約資金成本［12］。

3.2 為地質找礦提供科學依據

巖心客觀記錄了地球的原始形成過程，是地質工作者認識地球，開展地質工作的重要原始資料。通過觀察、分析與研究巖心，可以獲取地層年代、巖性、地下構造以及含礦、油、水、氣狀態等信息［13］。某些特定的條件下，鉆探獲取巖心后，受到科學技術手段的局限性或地質工作者認識的片面性，不能很好的從巖心地質資料獲取到有用的信息。隨著科學技術和找礦理論的進步，多年后對數字巖心進行再次研究，可以為找礦找油提供新的突破。2009年，山東省被列為全國地質資料信息服務集群化和產業化試點省份，開展了膠東地區金礦專題地質資料信息服務集群化技術方法與服務模式研究，依托數字巖心創建了地質資料集成管理與應用服務系統，將基礎地理、礦產地質、遙感地質等數據整合，為以后整裝勘查和深部找礦提供了找礦預測與礦政管理等服務。

3.3 為城市發展規范建設提供依據

巖心數字化資料可以幫助優化城市地質環境管理和資源配置，也為城市制定經濟發展規劃、加強城市基礎建設提供基礎性數據，避免因地質原因在后期規劃施工中出現浪費資源情況，間接節約城市投資成本。如制定《膠東經濟圈一體化發展下的濰坊市國土空間發展戰略規劃》，以及濰坊寶通街快速路、濟濰高速、明董高速、濰宿高鐵等重大鐵路道橋規劃施工建設都離不開數字化地質資料的支撐。2020年，《山東省城市地質工作實施方案》提出建設城市地質大數據共享平臺，將進一步推進地質數據資源的統一管理和共享共用，著力構建三維立體“一張圖”，全面提升地質工作的服務保障能力［14］。

3.4 促進大眾提升地學素養

科技創新、科學普及是實現創新發展的兩翼。國家現在越來越重視對大眾科普教育，尤其是對青少年。巖心是最原始的地質資料，也是科普地學知識的重要媒介。濰坊庫以巖心為主、礦物化石等標本為輔，充分發揮科普教育職能，2018年成功創建市科普教育基地，與坊子炭礦博物館資源共享，聯合開展研學活動，2023年上半年接待坊子區理想小學、坊華小學、高新區臥龍學校、青州中學等學校師生代表共計2000余人次，切實增強了學生珍愛地球、共建人與自然和諧共生的地球家園意識［15］。

3.5 促進綠色生態發展

生態文明建設受到越來越多的重視，開山挖礦、超采地下水等人類活動引發的地震、地下水降落、海水入侵等問題不容忽視。數字巖心作為地質勘查的成果之一，在生態環境評估、地質環境監督管理起著重要的作用［16］。另一方面，充分利用地質資料信息，也可以解決個別地區缺水問題，實現特色農業發展。依托以往數字巖心資料和最新地質勘查成果，濰坊市峽山區前邢戈村憑成功打井出水，有效解決該村灌溉水資源不足的問題，為村民創收創造了條件。壽光市田柳鎮天然富硒地塊成為濰坊市首個成功獲得天然富硒地塊認定的地塊，助推當地天然富硒農業產業升級轉型。

4 當前巖心數字化存在的不足

4.1 數字化程度不夠

目前全國鉆孔數量1181096個，館藏巖心485.25m，但巖心數字化的累計長度才79.48萬m，相對于城市發展需求來說，這個數字還遠遠不夠。城市中的各種地質活動和資源利用等都離不開巖心資料的支持，而巖心數字化的缺乏會直接影響到城市發展的科學決策和合理規劃。

4.2 數據集成和共享不足

雖然已經建立了一些巖心數據庫，但是這些數據并沒有得到充分的利用和共享。部門和部門之間、單位和單位之間溝通不夠，很多數據仍然處于分散和孤立的狀況，沒有形成有效的數據集成和共享機制，這種情況也制約了巖心數字化在城市發展中的應用。

4.3 技術支持和人才不足

巖心數字化需要專業的技術和人才支持，包括地質學、地球物理學、計算機科學等多個領域。目前這方面的人才和技術支持還比較薄弱，大多二、三線城市更是因資金、技術、硬件有限留不住專業人才，難以滿足巖心數字化快速發展的需求［17］。

4.4 資金投入不足

巖心數字化需要大量的資金投入，包括設備購置、技術研發、數據采集和整理等都需要資金支持。并且巖心數字化的投入回報是長期的、緩慢的，而目前在這方面的資金投入還遠遠不足，影響了巖心數字化的發展進程。

5 巖心數字化建設工作的對策建議

5.1 制定巖心數字化標準，大力推進巖心數字化進程

（1）建立標準化的技術規范流程。根據不同類型巖心和不同實驗需求的數據采集要求，制定相應的技術標準和規范，確保數據的準確性和一致性。當前，《巖心數字化技術規程第1部分：總則》《巖心數字化技術規程第3部分：光譜掃描》已經發布，并于2023年8月1日起實施，但巖心數字化領域其他標準還未制定［18］。

（2）開發高效的數據處理和分析算法。針對巖心數字化后的數據特點及算法的通用性和可擴展性，開發高效的數據處理和分析算法，提高數據的利用效率和分析質量。

（3）強化技術研發和創新。鼓勵科研機構和企業加強技術研發和創新，推動巖心數字化技術的不斷進步和發展。同時要注重與國際接軌，積極參與國際合作和交流，推動全球巖心數字化技術的發展。

（4）加快推進全國巖心數字化工作進程。全面推進Ⅰ類、Ⅱ類巖心的數字化工作，內容包括圖像、光譜礦物和X熒光元素數字化，獲取巖心圖像、礦物成分和元素含量等最基礎的信息。省級館在實現Ⅱ類巖心的全面圖像數字化基礎之上，逐步開展光譜礦物、X熒光元素及其他參數的數字化工作。

5.2 健全巖心數字化成果共享應用工作機制

（1）建立巖心數字化成果共享平臺。通過建立共享平臺，可以將巖心數字化成果集中存儲、管理和共享，方便用戶查詢和使用。此外，建立數據質量評估和監督機制，確保共享數據的質量和可靠性。

（2）加強巖心數字化成果的匯交管理。匯交人在匯交巖心實物時，應同時匯交已有的巖心測試分析數據和掃描數字化數據（電子版），以避免在日后提供巖心服務過程中，為獲取相同測試參數而二次取樣造成浪費［19］。

（3）建立巖心數字化成果共享應用激勵機制。通過建立激勵機制，鼓勵更多的科研機構、企業和社會公眾使用巖心數字化成果，推動成果的共享和應用。例如，可以設立獎勵制度，對在巖心數字化成果共享應用方面做出突出貢獻的單位和個人給予表彰和獎勵。

5.3 加大投入開展高精度設備的研發

（1）加強資金投入。可以通過政府引導、企業投資、社會資本等多種渠道籌集資金，保證研發工作的經費來源，加大對高精度巖心數字化設備研發的投入力度。

（2）建立研發團隊。組建由多學科專家組成的研發團隊，包括地質學、地球物理學、計算機科學等相關領域的專業人才。加強團隊內的溝通與協作，發揮各自的優勢，共同推進研發工作。

（3）加強知識產權保護。加強與國內外相關機構的知識產權合作與交流，促進技術轉移和成果轉化，對研發過程中產生的專利、論文等成果進行及時申請和保護。

（4）推動產業協同創新。鼓勵企業與高校、科研機構等建立產業技術創新戰略聯盟，共同推動高精度巖心數字化設備在產業中的應用和發展，通過產學研用相結合的方式，促進技術創新和產業升級。

6 結論

（1）通過資料研究和案例分析，巖心數字化技術可以為城市規劃提供科學的數據支持，使城市規劃更加合理和高效。可以為建筑設計提供重要的數據支持，使建筑設計更加符合地質條件和地下結構。可以為環境保護提供科學的數據支持，使環境保護更加科學和有效；可以為智慧城市建設提供重要的數據支持，使智慧城市建設更加智能化和可持續化。

（2）為了更好地發揮巖心數字化在城市發展中的作用，需要進一步加強數字化程度、促進數據集成和共享、加強技術支持和人才培養、增加資金投入等方面的努力。

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Analysis on Rock Core Digitization Construction in Weifang City

CAO Peijing， JIANG Bin，YU Zhonghua

（Weifang Land Reserve Center， Shandong Weifang 261000， China）

Abstract：The digitization of rock cores is based on technologies such as photography， scanning， image analysis， and modeling， which convert rock cores into digital information and achieve long-term preservation and remote use of rock core information. This article adopts a combination of literature review and empirical research to sort out the current status of physical rock core management and digital technology. Taking the construction of Weifang Rock Core Digital Application Platform as an example， it analyzes the promoting effect of rock core digitization on urban development. On this basis， this article systematically summarizes the significance of core digitization， proposes the main problems faced by core digitization work， and finally proposes targeted countermeasures and suggestions for core digitization work.

Key words： Core digitization; urban development; countermeasures and suggestions; Weifang city