GIS在地质学中的应用

GIS在地质学中的应用

GIS即地理信息系统（Geographic Information System），经过了40年的发展，到今天已经逐渐成为一门相当成熟的技术，并且得到了极广泛的应用。尤其是近些年，GIS更以其强大的地理信息空间分析功能，在GPS及路径优化中发挥着越来越重要的作用。GIS地理信息系统是以地理空间数据库为基础，在计算机软硬件的支持下，运用系统工程和信息科学的理论，科学管理和综合分析具有空间内涵的地理数据，以提供管理、决策等所需信息的技术系统。简单的说，地理信息系统就是综合处理和分析地理空间数据的一种技术系统。GIS作为一问新发展起来的科学在地质上也有很多方面的应用，解决了地质学的很多难题，下面我将GIS在地质学的一些应用论述以下几个方面

一、GIS在地质灾害的应用

GIS正处于急剧变化与发展之中。目前，国内外利用地理信

息系统，主要用于国土和城市规划，地籍测量，农作物估产，

森林动态监测，水土流失，地下水资源管理和矿产资源勘测，

潜力分析及开发等众多领域。而GIS在地质灾害的应用也在不

断扩大，现在其在地质灾害的应用主要表现在这几方面：

1、地质灾害评价和管理

2、地质灾害的危险性分区评价

3、GIS与专家系统的集成应用

GIS与专家系统的集成应用中, GIS所起的作用主要是

管理时空数据, 进行空间分析; 专家系统所起的主要作用

是利用专家知识和空间目标的事实推理判定灾害的危险程

度。二者的结合将使专家经验得到推广, 减少野外和室内手

工作业工作量, 使区域地质灾害的动态管理成为可能。

1、GIS在地震上的应用

GIS在地震中的应用表现在，地震分析、预报、预报、抗震、减灾、救灾、灾后评估。最主要表现在预报，灾害评估和减灾。

1>、地震的预报

地震是众多自然灾害中对经济发展和社会稳定危害最为

严重的一种灾害。至今地震预报仍然是一个世界性难题。

目前,进行地震预报的主要依据还是各种地震前兆,专家们

根据发生的各种现象及经验进行地震预报。由计算机来进行

数据的自动采集、异常的自动判别,然后再根据地理信息系统提供的丰富信息进行地震预测,

可以更客观、更系统地进行推理和智能决策。如：地震预报智能决策支持系统。

2>、地震灾害的损失评估

这是GIS在地震灾害中的最主要的应用。一次破坏性地震所造成的灾害评估主要是由房屋建筑破坏情况、人员伤亡情况和经济损失预估等决定的。而这些评估又要依赖于对各类建筑物的调查和相应的人口分布情况。对建筑物的调查要特别注重它的结构类型、建筑质量、设防标准等 ,并在此基础上进行结构的易损性分析。GIS为大区域的地震破坏和损失研究的实施提供了理想的平台 ,在 GIS下以方便地评估大震发生导致的社会经济影响。

3>、地震后的减灾

在地震后快速做出的决策是减少地震损失的很重要的途径，利用GIS提供的，最短路径等空间分析，为领导的决策提供客观直接的意见。利用GIS做出的应急决策主要表现在这几方面：①救灾方案;②人员避震疏散;③各危险品贮存点的危险程度警告及防保措施;④地震火灾辅助决策等等。可以说 ,在震后数小时内 ,这几个方面是与人们的生命安全密切相关的。

2、GIS在崩塌、滑坡中的应用

GIS在崩塌、滑坡中的应用主要表现在灾前的风险评估。

一般地质灾害可以分为灾前孕育阶段一一灾害活动阶段一一

灾后恢复阶段。对于突发性的地质灾害，如崩塌、滑坡，其灾

害活动阶段往往非常短暂。这类灾害的评估主要是灾前的风险

评估与灾后损失评估，从防灾减灾工作角度，为了争取主动，防范于未然，灾前风险评估尤为重要，是我们工作和研究的重点。

1>、崩塌、滑坡的灾前风险评估

将GIS引入崩塌、滑坡灾害危险性评价，主要是考虑到GIS的空间数据管理能力和其

强大的空间数据分析能力，将其作为地质灾害危险性评价的分析工具，来加速崩塌、滑坡危险性评价的过程，提高危险性评价的精度。同时由于GIS独特的空间分析功能，和超强的数据分析能力使得在崩塌、滑坡地质灾害危险性评价过程中又衍生出一些只有GIS才能完成的评价方法，而且，这种充分利用GIS功能的危险性评价方法还在不断的产生。GIS支持下的崩塌、滑坡地质灾害危险性评价的目的是区分出不同危险性等级区域，并通过危险性制图来反映。

利用GIS进行地质灾害危险性评价，需要充分利用GIS的空间叠加分析功

能将每个影响崩塌、滑坡的因素用一张专题地图来表示。基于矢量的空间叠加分析中，多个专题图层相互叠加产生了新的多边形并且附带了原来多个专题图的属性;基于栅格的空间叠加分析中，每一个图层对应的栅格之间作相应的四则运算或者是函数运算，得到一张新的栅格专题图，为各因素层运算之后的结果。基于GIS的崩塌、滑坡危险性评价方法，实质上是针对输入的各评价因素层所做的某种函数云叠加运算，叠加运算的结果即是危险性评价的结果。本质上可以将这种危险性评价表示为多个图层的函数。

3、GIS在泥石流中的应用

GIS在泥石流的应用主要在泥石流的危险性评价和泥石流预警。全国

有灾害性泥石流沟1 万多条, 滑坡数万处, 它们严重影响着广大山区社

会经济的发展。为了减轻滑坡和泥石流灾害的影响, 需要制定灾害管理

的整体战略。这样的战略涉及三个方面: 灾害预防、灾害预警和灾害减

轻。不过，在泥石流方面，一般RS和GIS结合应用于泥石流，这样才能有很好的效果。1>、泥石流的危险性评价

对地质图进行数字化处理可以获得岩性分布图和断层分布图, 进而量算每一种岩石的分布面积和百分比以及断层的长度; 通过航片解译或野外调查, 计算崩塌区的面积。通过对地形图进行数字化或者通过航片或卫片的处理, 可以获得数字高程模型, 从可以提取小流域坡度、面积、沟谷坡降等因子, 并计算泥石流区形状因子的值。植被因子用正规化植被因子表示 , 可以通过卫星影象的处理得到。选择影响泥石流发生的因子; 通过遥感获取数据, 利用对每个因子进行处理, 建立包含各因子的数据库; 用统计方法确定个因子对泥石流形成的贡献, 建立泥石流危险度评价模型, 计算泥石流危险度的值并进行评价，从而做出泥石流的危险性评价。

2>、泥石流预警

正确和有效的泥石流预警可以极大地减少生命和财产的损失。正确和有效的泥石流预警可以极大地减少生命和财产的损失。但泥石流监测预报还存在着预报的非确定性、预报模式难以推广、预报没有涉及灾害损失以及没有成分利用气象资源等问题。利用和技术, 可以帮助我们建立更加精确的泥石流预报模式, 并对泥石流的灾害损失进行有效的预报。利用GIS可以建立泥石流空间数据仓库, 通过空间数据挖掘技术对泥石流的激发因素、爆发时间和规模与环境背景条件的相关关系进行定量分析, 以帮助我们更加深入地研究泥石流的形成机理, 建立相对精确的泥石流预报模式。在泥石流形成机理、泥石流预报模式研究的基础上, 可以建立泥石流预警的知识库, 最终建立泥石流预警专家系统, 达到泥石流预警的智能化和自动化。

4、GIS在地面沉降中的应用

GIS在地面沉降的应用主要表现在地面沉降的预测。地面沉降成为制约城市发展的一个重要的因素。严重的地面沉降可造成地表和地下排水不畅、建筑地基下陷等灾害，对人类工程活动和生产环境产生极大的危害。GIS提供了一种认识和理解地学的新方式，其强大的空间分析功能和数据库管理能力为城市地面沉降的研究提供了一个卓有成效的途径。GIS可以从空间和时间的角度对地面沉降进行预测。利用GIS技术作为平台，结合地面沉降模拟和预测方法，充分利用GPS和遥感数据，建立一个沉降动态监测和预测预警系统，并利用GIS

实现地面沉降的可视化。

5、GIS在水土流失中的应用

GIS在水土流失的应用主要表现在水土流失的危险性评价。水土流

失作为一门多学科的交叉科学 ,是一个十分复杂的地学问题 ,涉及的影

响因子众多 ,与空间数据的联系十分密切。GIS的空间分析能力、建模

能力和空间数据管理能力为水土流失的分析提供了技术。GIS具有对空

间数据和属性数据进行分析和统计的功能空间叠加/属性分析 ,通过宏观分析水土流失的

各个影响因子 ,可以实现对各水土流失因子信息的自动提取;在属性分析的基础上 ,建立起水土流失评价的定量统计模型。一般是将影响水土流失的各因素的专题图分别输入 GIS并

建立起完整的数据库 ,然后通过 GIS的叠加分析Overlay 、拓扑分析等操作 ,并配以一些特定的算法程序 ,可以进行水土流失强度、水土流失危险性及各侵蚀因子的制图操作。利用GIS,通过将各影响因子专题图进行叠加 ,实现了小流域的水土流失危险性评价制图。

二：G IS 在环境地质研究中的应用

随着一系列严重的环境问题对生产、生活的影响越来越突出, 美国、英国、德国等世界发达国家都不同程度地加强了对环境地质的研究。同时, 环境地质工作内容逐步扩大到水、土污染调查评价, 城市废弃物危害的调查评价, 以及相关地质资源潜力和开发利用的勘查评价, 用于获取和处理的地质、地理、地形和水资源数字化信息系统也相继建立。同时其工作重点、研究方法、技术手段也都发生了巨大的变化。表现在世界各国开始重视城市经济可持续发展的综合研究、重视地质指标体系的研究、重视城市环境地质工作超前服务战略的研究。在工作中特别关注地质灾害风险性评估、水土污染风险识别、地下水资源可持续利用和城市脆弱性评价等; 在技术方法上强调多学科、多种方法的配合, 尤其注重利用GIS、RS、GPS 技术进行环境地质调查、地质灾害监测、建立GIS 平台的地学信息空间数据库和自然灾害风险评估决策支持系统建设等。2010年我国把环境地质研究资源调查与与地球化学、地球物理相结合, 重视城市环境地质的安全性研究; 以城市群、城市密集区为单元, 从区域环境地质角度、从地质基础条件、地质资源潜力条件、地质环境条件等方面宏观评价城市区域布局的合理性、适宜性, 为重大工程建设及时提供需求信息。GIS在环境地质方面的应用主要包括以下两个方面。

1）地质图编制及数据库建设

1996 年, 国家计委将“中华人民共和国1: 50 万数字地质图

数据库”编制列入“九五科技攻关计划”。该项目以

M apGIS510 软件为平台, 应用GIS 技术, 采用计算机软件制

图的方法, 编制建立覆盖全国的地质图数据库于1999年完成，

同期, 我国研制了一系列的数字地质图标准, 如《数字化地质

图图层及属性文件格式》(DZ? T 0197——1997)、《区域地质图图例(1: 50000)》(GB958——99)、《地质图用色标准及用色原则》(DZ? T 0179——1997)和《地质图空间数据库建设工作指南(210 版)》等。目前我国开发的基于GIS 技术的地质数据库系统主要有中国地质科学院成矿远景区划室基于空间GIS 在A rc Info 软件平台上完成的中国地质图数据库、1: 500 万中国矿产资源找矿信息库的系列建设; 中国地质科学院矿床地质研究所以美国Cali per 公司Map titude WebGIS 产品为平台, 利用ASP (Act ive Server Pages)技术, 开发出因特网“中国矿产资源数据库”, 实现了分布式数据共享。系统论述了数字地质图数据建模理论、技术和方法, 为我国地学空间信息基础设施的建设和地质图信息化、工程化提供了新

思路。

2）资源评价与环境管理

应用GIS 的空间分析功能对各种各样的不同比例尺的地质信息、地质找矿信息、地质工程信息等进行组合、匹配、叠加、筛选、融合以达到对“5P”地段的圈定。研究利用GIS 技术对长江三角洲地区的土地资源、长江岸线资源和滩涂资源以及太湖水环境进行动态监测和稳定性进行评价; 黄润秋等对应用GIS 技术实现区域生态地质环境评价的方法和流程等方面做出了指导性的论述。已有研究显示, 我国GIS 矿产资源评价的思路正由以资源技术评价为主, 逐步转变为资源环境评价、技术评价和经济评价为一体的综合评价。

三：GIS在地质剖面绘图的应用

地质剖面图是地质层在垂直向上最直观最有效的表达方式。它主要用于配合地形地质图了解矿区地质全貌, 是矿山总体设计依据之一。通过剖面图可以更清楚地了解区内岩层( 或矿体) 在地下深处的延展、分布情况和构造特点, 对于认识各种地质体和矿床赋存的地质条件和时空分布规律, 指导矿产资源和工程地质勘探, 都具有重要的意义。GIS 的出现为地质工作者带来新的契机。GIS是一种融计算机图形与数据库于一体、用于存储和处理空间信息的现代高新技术, 它能将地质体地理位置与相关地质属性有机结合起来, 按照各种实际需要准确真实、图文并茂地把它们输出给用户, 同时借助其独有的空间分析功能和图示化表达能力, 帮助地质工作者进行各种地质辅助决策分析, 是一种可以超越传统方法解决地质问题的先进手段。

3.1 剖面数据分析

由于自动生成地质剖面图是根据某一方向一定数量的控制性地质钻孔绘制而成, 因此, 精确描述这些钻孔的位置信息就显得特别重要。根据通用GIS 软件的设计思想, 只要获知所有控制性地质钻孔的地理坐标, 便可在地图上确定其位置。

3.2 柱状图的绘制

剖面图的绘制是以钻孔柱状图为基础的, 因此绘制钻孔柱状图是实现剖面绘制的前提。钻孔柱状图生成的主要过程是: 从数据库中提取相应的钻孔数据和岩性数据, 通过EasyMap 已有的自动生成柱状图功能生成柱状图。

2.3 剖面图的绘制

一是剖面线的连接; 二是岩性符号的填充。

四：三维GIS数据模型在地质矿山中应用分析

我们知道地质矿山现象极其复杂，既包括地层、断裂、矿体等天然地质体，也包括钻孔、竖井、巷道、采矿区等人工设施。从几何角度来看包括点、线、面、体。因此采用什么样的三维数据模型来描述地质矿山现象应针对各类现象的特点而异。应本着描述结构简单、具有拓扑关系、满足一定的空间精度、便于处理与分析的原则。GIS应用技术在传统三维数据模型的基础上进行了发展，有效地解决了描述中的实际问题。但是目前还未见一个真正满足地质矿山领域的基于三维数据模型的三维GIS软件。可以相信，采用面向对象技术与方法来分析研究适合地质矿山现象的三维GIS数据模型是未来的趋势。