鉆孔地質信息數字化與集成方法研究

劉同慶 陳冰瑤 蔡緒濤 潘啟剛 韋乖強 展茂征 黃濤 李濤

收稿日期：20240104；修訂日期：20240219；編輯：王敏

基金項目：透視山東——菏澤—濟寧—泰安區域鉆孔數字化（魯勘字〔2021〕60號）

作者簡介：劉同慶（1987—），男，山東濰坊人，高級工程師，主要從事地球物理勘查等方面的工作；Email：353580683@qq.com

*通訊作者：陳冰瑤（1997—），女，山東菏澤人，助理工程師，主要從事地理信息及遙感地質等工作；Email：hiice131@163.com

摘要：本文以服務于“透視山東—地質信息集成與綜合利用”項目建設為方向，收集了山東省菏澤、濟寧、泰安3個地市數十年間的500多項地質成果資料。首先對相關報告中所涉及的鉆孔信息進行匯總與梳理，構建了11類鉆孔信息表格并設計規范化的數據庫結構。其次，依托地勘基金研發“鉆孔數字化軟件”，采用程序和人工相結合的方式對鉆孔坐標進行轉換與檢查，同時對所有入庫數據進行檢查和修正。利用該軟件最終完成了11371個地質鉆孔資料數字化錄入，保證了入庫鉆孔數據的完整性、準確性。在地質信息數字化的過程中不斷優化工作流程、嚴格控制數據質量、發現問題并提出有效的解決方案，以保障地質信息數字化成果的準確性與完整性，為下階段菏澤、濟寧、泰安區域鉆孔標準化和三維地質模型建設提供準確的基礎數據。

關鍵詞：區域鉆孔；數字化；集成方法；透視山東

中圖分類號：P208??? 文獻標識碼：A??? doi：10.12128/j.issn.16726979.2024.05.007

引文格式：劉同慶，陳冰瑤，蔡緒濤，等.鉆孔地質信息數字化與集成方法研究——以菏澤、濟寧、泰安區域鉆孔數字化為例［J］.山東國土資源，2024，40（5）：4551.LIU Tongqing， CHEN Bingyao， CAI Xutao， et al. Study on Digitization and Integration Method of Borehole Geological Information——Setting Borehole Digitization in Heze， Ji'ning and Tai'an Areas as an Example［J］.Shandong Land and Resources，2024，40（5）：4551.

0? 引言

近年來，山東省在地質調查、資源勘查、地質災害監測與防治以及地學理論的應用實踐創新等方面取得了顯著進展。但當前的地質工作在信息化和數字化依然存在較大的短板［16］，長期以來形成的海量地質成果資料缺乏系統全面的整理，嚴重影響了相關地質成果的綜合分析與深層次開發利用。隨著數字經濟的飛速發展，地質工作也面臨著轉型升級［710］。

山東省自然資源廳于2020年啟動“透視山東—地質信息集成與綜合利用”項目，其總體任務是建設地質信息集成數據庫、建立山東省三維可視化地質模型、開發建設山東省地質信息綜合利用智能管理平臺，簡稱“一庫一模一平臺”［1115］。“一庫”是底層基礎，就是構建準確全面的地質信息數據庫，是實施“透視山東”的重要開端［1620］。本文的主要工作內容即為探究一個快速、高效的方式，將以往數十年鉆孔的資料進行整理、分類并數字化，構建高質量的鉆孔信息數據庫，為高效服務國民經濟建設工作打下堅實的基礎［21］。

1? 研究區及鉆孔資料簡況

1.1? 地理位置

研究區位于魯西南地區的菏澤、濟寧與泰安3個地市，北至黃河東平湖泰頂一線，東至泰安與萊蕪、沂源、蒙陰、平邑的交界處，南至濟寧與棗莊交界處，包含南四湖，沿省界向西延伸，西至山東省界和黃河。

1.2? 地層概況

研究區分布地層有新太古代泰山巖群、古生代寒武系、奧陶系、石炭系、二疊系、中生代三疊系、侏羅系、白堊系、新生代古近系、新近系、第四系。基巖主要出露在東北部中低山丘陵地區，新太古代、中元古代、中生代時期的花崗巖、閃長巖，與新太古代泰山巖群的黑云斜長變粒巖構成本區的結晶基底。魯西地層區以古生代地層發育為特征，由下至上分別為：新太古代沂水巖群、新太古代泰山巖群及濟寧巖群；新元古代土門群；古生代寒武紀長清群、寒武奧陶紀九龍群、奧陶紀馬家溝群、石炭二疊紀月門溝群及二疊紀石盒子群；中生代侏羅紀淄博群、白堊紀萊陽群及青山群和大盛群；新生代古近紀官莊群及五圖群、新近紀臨朐群及巴漏河組和白彥組、以及第四紀更新統和全新統，主要缺失奧陶系上統至石炭系下統。華北平原地層分區主要為第四系覆蓋區，以發育巨厚的新生代地層并含石油、天然氣等礦產。

1.3? 鉆孔資料情況

本研究在鉆孔數字化部分共收集到研究區域內所涉及的地質報告的成果資料542檔，囊括了濟寧、菏澤及泰安3個地市近幾十年內的各類礦產、水文、環境、工程勘測報告以及資源儲量核實報告等地質資料中的鉆孔柱狀圖。其中，共涉及11371個鉆孔，其分布情況如圖1。據圖1可知，鉆孔的空間分布并不均勻，主要集中在濟寧市中部與南部地區、菏澤市東部地區和泰安市的東部地區。在研究區以外的滕州市及周邊地區也有分布，在數字化過程中對這些鉆孔信息也做了保留，以期最大程度的發揮這些鉆孔的價值。

首先，對收集到的資料按鉆孔進行分類和整理，對擬數字化的鉆孔情況進行初步的認識，為后續鉆孔數字化奠定基礎。研究主要按照鉆孔類型、鉆孔深度、鉆孔時間以及鉆孔的工作程度進行劃分，如圖2。由此可以發現當前的鉆孔信息主要有以下幾個特點。

1.3.1? 鉆孔種類多且不平衡

鉆孔以礦產地質勘查孔為主，共計10620個，占比超過93%。其次為水文地質勘查孔，共計613個，占比約5%。環境地質勘查鉆孔和工程地質勘查孔各有49個，占比不足1%。而地質科學研究鉆孔與區調鉆孔更是極少，二者相加也僅有6個（圖2a）。由于不同類型鉆孔施工目的不同，編錄側重點也不盡相同。

1.3.2? 鉆孔深度不一，深孔少

不同類型的鉆孔深度相差較大，如地熱、煤礦等礦產地質勘查孔普遍深度較大，而水文地質孔的深度一般小于500m，工程地質勘查孔的深度普遍小于100m（圖2b）。現有鉆孔數據集中在100～1000m之間，而大于1000m的鉆孔相對較少。

1.3.3? 鉆孔施工時間跨度大，老舊鉆孔占比大

鉆孔數據記錄時間從1950年到2020年，跨度達70年之久。按10年為一時間段統計結果如圖2c，可以發現2000年以前的鉆孔數量較多，占比75%以上。原始紙質版本數據可能因為年代久遠，導致圖紙字跡模糊、蟲噬等問題出現，需要查詢大量資料來進行成果的數據甄別。

1.3.4? 地質勘查工作程度高

鉆孔處于項目詳查和勘探階段的數量多，占比超過80％，而且工作程度越高，鉆孔數目越多（圖2d）。

2? 技術路線

本研究圍繞著透視山東項目的“一庫”建設為中心，以獲取高質量的數字化鉆孔數據庫為目標，借助于GIS、Access、Excel及鉆孔數字化信息系統等計算機軟件，并結合地質專業人員知識經驗，將現有的圖像類鉆孔資料轉變為結構化屬性數據，最終成果服務于“透視山東-地質信息集成與綜合利用”項目。本次鉆孔數字化工作主要內容包括：鉆孔錄入、鉆孔坐標檢查與坐標系轉換、質量檢查等，具體技術路線見圖3。

2.1? 編制鉆孔數字化軟件

根據項目研究需要，基于高性能的C++編程語言開發了《鉆孔數字化》軟件，該軟件的界面簡潔明了，操作簡單，初次使用也可以快速上手，軟件主界面見圖4。它的主要功能有數據錄入、數據導入導出、數據檢查、字段自動計算、統計查詢以及電子日志等，還可以自動進行邏輯錯誤檢查，實現人機結合快速修改錯誤等功能。該軟件的研發大大提高了鉆孔數字化錄入的速度和數據管理效率。

根據山東省《鉆孔資料信息化入庫規范（征求意見稿）》與鉆孔的實際情況，在Access數據庫系統內建立數據庫結構。該數據庫中共建立包括地質勘查項目表、鉆孔綜合信息表、鉆孔地層描述表、鉆孔彎曲信息表、金屬礦產地質勘查孔地質測試分析結果表、非金屬礦產地質勘查孔地質測試分析結果表、水文地質勘查孔含水層段信息表、水文地質勘查孔水質測試信息表、抽水試驗結果信息表、水文地質勘查孔井管結構、水文地質勘查孔填礫止水結構、工程地質勘查孔信息與數據表、土壤化學分析表、工作日志表、質量檢查記錄表在內的15個數據表，如圖5。

圖5? 鉆孔數據庫及其子表

2.2? 數據錄入與質量控制

2.2.1? 原始數據檢查

研究中涉及的地質成果資料繁多且時間跨度較大，資料中關于鉆孔數據記錄時間從1950年到2020年，跨度達70年之久。在此期間由于對地質條件的認識在不斷進步，歷經了十余次地層分層標準變革，所以各種類型地質報告的編制標準也存在一定的變化，甚至資料之間可能會相互沖突，對資料的仔細甄別尤為重要。另外，原始紙質版本數據可能因為年代久遠，導致圖紙字跡模糊、數據缺失等問題出現。所以，在數字化錄入工作之前需要對原始數據進行完整性、正確性以及可辨認性檢查。

數據資料的完整性檢查。檢查鉆孔資料是否具有鉆孔基本信息，包括鉆孔編號、鉆孔深度、孔口標高等重要信息，是否具有地層巖性名稱、地層層底深度等最基本的鉆探成果。具有上述信息的鉆孔視為資料完整的鉆孔，可以進行數字化錄入。

鉆孔坐標的正確性檢查。首先需檢查鉆孔編號、鉆孔深度、孔口標高等重要信息是否和山東省鉆孔信息對應，對應信息正確的進行錄入，否則作為不正確鉆孔，不進行分配錄入。另外，檢查原始資料中鉆孔所在坐標系、分帶類型與分帶號等，對缺少坐標系、缺少分帶或分帶錯誤、缺少坐標、坐標數據缺位、坐標帶分帶類型與帶號不匹配等錯誤進行補充或者改正，并做好記錄。

資料的可辨認性檢查。由于部分鉆孔年代較久遠，手寫、蘭曬稿褪色，字跡難以辨認，特別是地層描述難以辨認的情況很多。在檢查時能辨認出鉆孔編號、地層巖性名稱、地層層底深度的作為可辨認鉆孔，進行數據錄入。對暫時不可辨認的信息進行記錄，后期需請專家進行識別或者通過計算補齊缺失信息。

2.2.2? 鉆孔坐標轉換

由于鉆孔原始資料坐標系不統一，包括北京54和西安80，而且帶號也不相同，如北京54坐標3度帶的帶號38（經度112.5°～115.5°）、北京54坐標3度帶的帶號39（經度115.5°～118.5°）、西安80坐標—3度帶—帶號39（經度115.5°～118.5°）以及西安80坐標—6度帶—帶號20（經度114°～120°）等。本文需要將所有的數據均統一到CGCS2000的坐標系下，以保證數據坐標的標準化與一致性。坐標轉換前，首先對坐標數據進行預處理，把各類坐標系進行分類保存為單獨文件，并在Excel內轉存為CSV文件格式，最后利用專用軟件進行轉換。坐標系統的轉換嚴格按照1954坐標系—1980坐標系—2000坐標系順序進行轉化。

此外，還存在部分20世紀50年代前后的鉆孔，由于當時國家沒有統一的坐標系，所以采用的地方坐標。對于地方坐標，先查出對應礦區的中心點坐標，計算出其絕對坐標后，根據生成的鉆孔點位圖進行驗證。所有鉆孔點位坐標系轉換成功后，利用天地圖等對坐標轉換準確性進行驗證，確認無誤后將坐標錄入系統。

2.2.3? 數據入庫與質量控制

采用《鉆孔數字化》軟件，數據錄入的存儲過程中即保存為規范要求的Access數據庫格式。為了保證數據錄入的準確性，采用人工檢查與程序檢查相結合的方式在鉆孔數字化的每一個環節進行了質量檢查。

人工檢查包括鉆孔坐標檢查以及錄入數據的質量檢查。其中坐標檢查包括對鉆孔綜合信息表中的鉆孔坐標與原始資料記載的坐標數據進行核對以及鉆孔所在坐標系、分帶類型、分帶號等的核實。人工檢查分為自檢、互檢及抽檢。自檢是指錄入人員自行對錄入數據進行檢查，然后兩人為一組對數據進行互檢，最后，設立質量檢查組對所有鉆孔數據進行15%的抽檢工作，對錄入質量進行核查（檢查錄入數據與原始資料數據的一致性，錯漏情況等）。

程序檢查主要對鉆孔分層信息數據的邏輯檢查和冗余性檢查。利用Excel等軟件檢查層底標高檢查，鉆孔分層頂底板埋深與厚度之間、鉆孔分層厚度與孔深之間的邏輯對應關系是否正確，以及基本信息表中的孔深與地層描述表中的深度是否一致，并對重復鉆孔進行篩選和刪除。另外，采用ArcGIS進行鉆孔點位投影，檢查鉆孔坐標正確性。

2.3? 遇到的問題與解決方法

2.3.1? 原稿信息缺失

由于大量圖紙年代較久，存在污損、缺失以及繁體字或已廢除使用的二類簡化字。缺失的信息主要通過已知信息進行運算或推測進行補全，辨認困難的文字請教專家組專家對相應專用詞及字進行分辨，以減少出錯率。

2.3.2? 過往標準不一

因錄入圖紙年代跨度較大且規范不統一，導致部分鉆孔圖紙信息記錄不規范，如部分鉆孔只有柱狀圖，無明確的層深及巖土名稱等信息或者原始地質編錄沒有標注標點符號等，需要專業人員進行研究并進行合理推測，補全相應信息后錄入。另外，在鉆孔彎曲表中會出現多種不同的標識情況，如：少數以水平面為基準計算傾角（天頂角）、單位不統一需進行統一換算等，對這種情況統一按照規定建立快速換算公式進行統一換算。

2.3.3? 坐標問題及處理

在信息錄入過程中發現原始資料記載的鉆孔坐標信息存在諸多問題，如使用地方坐標系、X、Y坐標值顛倒、坐標數據缺位、坐標缺少投影帶號甚至無坐標數據等情況，研究需要結合實際情況對坐標信息進行補全、轉換等操作，以達到規范性的要求。

3? 結語

本研究中的鉆孔數字化是“透視山東”項目三階段中的最基礎的一環，為后續鉆孔標準化以及高精度地質剖面繪制、地下地質體構建、三維地質地層模型建設等提供基礎數據。本次研究共收集了20世紀50年代至今菏澤、濟寧、泰安地區的500多項地質報告的成果資料，涉及萬余個鉆孔信息，通過編制鉆孔數字化軟件，對鉆孔信息進行匯總分類、完成規范處理、問題識別與修正和數據入庫等工作，最終形成了鉆孔資料信息數據庫。該項目的實施為地質工作轉型、鉆孔信息數字化處理提供參考，也為后續的相關工作提供了經驗。

建議在本研究構建數據庫的基礎上，充分發掘以往地質工作與鉆孔資料的價值，在區域大尺度地層對比、總結歸納深部找礦規律以及區域地下空間利用規劃方面進行深入研究。

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Study on Digitization and Integration Method of Borehole Geological Information——Setting Borehole Digitization in Heze， Ji'ning and Tai'an Areas as an Example

LIU Tongqing， CHEN Bingyao， CAI Xutao， PAN Qigang， WEI Guaiqiang， ZHAN Maozheng， HUANG Tao，LI Tao

（No.5 Exploration Brigade of Shandong Coal Geology Bureau， Shandong Ji'nan 250100， China）

Abstract： With the direction of serving the construction of "Perspective of Shandong Province——Geological Information Integration and Comprehensive Utilization"， more than 500 pieces of geological results for several decades have been collected from Heze， Ji'ning and Tai'an areas in Shandong province. The borehole information in relevant reports has been summarized and sorted out， 11 types of borehole information forms have been constructed and a standardized database structure has been designed at first. Secondly， based on geological exploration fund， the "borehole digitization software" has been developed. By using a combination of program and manual methods， the coordinates of the boreholes have been converted and checked， and all data entered into the database have been checked and corrected as well. By using the software，? the digitization of 11371 geological boreholes have been finally completed and ensured the completeness and accuracy of the entered data. This study has continuously optimized the workflow， controlled the data quality， identified problems and proposed effective solutions in the process of digitizing geological information to ensure the accuracy and completeness of geological information digitization results. It will also provide accurate basic data for the standardization of boreholes and the construction of three-dimensional geological models in Heze， Ji'ning and Tai'an in the future.

Key words：Regional boreholes; digitization; integrated method; perspective of Shandong province