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化探知識
地球化學綜合編圖
文章來源:地大熱能 發(fā)布作者: 發(fā)表時間:2021-11-04 14:37:06瀏覽次數(shù):1441
(一)編圖試點研究簡要史料。
1973年3月,湖南地質局物探大隊編制了《地球物理(化學)探礦圖件編制規(guī)范》。
1974年4月,冶金部地質司在廣西桂林舉行冶金地質系統(tǒng)區(qū)域地球化學編圖及新方法、新技術交流會。
1978年4月,物探所任天祥在《物探與化探》上發(fā)表了《關于1:20萬區(qū)域化探資料整理利用方法的討論》,提出編制1:20萬和1: 50萬地區(qū)域化學圖的方法。
1980年10月,謝學錦等發(fā)表了《皖浙贛邊區(qū)區(qū)域化探的資料整理與異常評價》,編制了皖浙贛邊區(qū)Cu、Pb、Zn等12個元素的地球化學圖。
同年,桂林冶金地質研究所與廣東地質勘探公司940隊開展了“廣東大陸區(qū)域化探編圖及找礦研究”。
1985年10月,地礦部物化探所、江西物探大隊和北京計算中心合作完成的《贛西北地球化學試驗圖集》由地質出版社出版,這是我國公開出版的第一份地球化學圖集。
1987年8月,地礦部物探所研制的IBMPC/XT應用開發(fā)及通用成圖系統(tǒng),移植和開發(fā)了20多個常用化探數(shù)據(jù)處理程序,并研制了一套微機成圖系統(tǒng)。
1988~1992年期間,北京計算中心承擔地質行業(yè)科學技術發(fā)展基金資助的科研項目(劉如英、金諄浩、鄔寬廉、鄔可筠等),開發(fā)研制了“計算機地球化學圖編圖系統(tǒng)”(小比例尺)(GCMCS),在我國率先比較系統(tǒng)地研究小比例尺計算機地球化學編圖系統(tǒng)。
1990年11月,地礦部北京計算中心(劉如英、金諄浩、鄔可筠)與遼寧物探隊(白希杰等)合作,首次用1: 20萬區(qū)域化探數(shù)據(jù)為遼寧編制全省1:50萬地球化學圖,編制了37種元素的等值線圖、色塊圖及異常圖,以及8種元素的綜合異常圖,可以全面反映遼寧省有關元素的分布特征和規(guī)律,是一份全省性的基礎地球化學資料。
1993年,受地礦部勘技司委托,北京計算中心劉如英、金諄浩、趙玉祥等在中國地質大學(北京)舉辦培訓班,推廣應用“計算機地球化學編圖系統(tǒng)(小比例尺)”。
1993年12月,成都地質學院完成的地面放射性測量工作站通過專家鑒定,以微機或筆記本機為平臺,實現(xiàn)了地面放射性測量數(shù)據(jù)的采集、傳輸、處理、成圖成像和解釋全過程的計算機化,該系統(tǒng)為國內首創(chuàng)。
20世紀90年代后,大部分省(區(qū)、市)按省(區(qū)、市)域編制了省(區(qū)、市)地球化學圖,如浙江、新疆、湖北、貴州等(楊永忠,1997),同時按成礦區(qū)帶和大區(qū)域編制了區(qū)帶地球化學圖,如東昆侖、北祁連、內蒙古北山、華南等區(qū)域性地球化學圖。主要采用色塊、等值線和數(shù)據(jù)加密插值的成圖方法。
(二)編制彩色地球化學圖件中一些問題的處理。
插值:由于輸出的彩色圖件為全面色,每個像元點都應具有數(shù)據(jù)及其對應的顏色,因此輸出彩圖之前必須求出每個像元點的插值。處理中常用的插值算法包括距離平方倒數(shù)、雙線性方法、雙三次樣條等。單一的插值算法往往存在缺點。距離平方倒數(shù)方法插值不連續(xù),并且,當插值點與數(shù)據(jù)點的距離太近時,可能出現(xiàn)誤差;而雙三次樣條則在插值中出現(xiàn)高于數(shù)據(jù)中的最大值和低于數(shù)據(jù)中的最小值、甚至出現(xiàn)負值的不合理情況。為了避免這些問題使用聯(lián)合算法插值,成功地解決了這一問題。
色階劃分:對已插值數(shù)據(jù)進行分級,并對各數(shù)量級指定顯示的顏色。分級方法包括以標準差的倍數(shù)作為相鄰級別的差值、用累積頻率(或分位數(shù))分級、使用等比級數(shù)分級等。
色彩的調配:抖動算法。由于彩色墨水只有4種顏色(青C、品紅M、黃Y和黑K),由CMYK的不同組合至多可以獲得8種顏色(包括白色)。為了顯示更多的顏色,必須用加大象元、犧牲分辨率的方法。例如使用4×4的抖動矩陣,每個象元可以獲得大約5 000種顏色,但此時對于分辨率為300 dpi的Novajet繪圖儀,分辨率降到300/4=75 dpi。
(三)全國范圍的地球化學編圖。
進入20世紀90年代,全國區(qū)域化探掃面計劃宜測地區(qū)的任務基本完成,積累了豐富而系統(tǒng)的高質量數(shù)據(jù),許多?。▍^(qū)、市)據(jù)之編制了?。▍^(qū)、市)域的地球化學圖和圖冊。于是,編制全國范圍地球化學圖的任務就提上日程。
1993年,中國勘查技術院立設立“中國小比例尺地球化學圖編制”項目,由地科院物化探研究所組織實施,在謝學錦和任天祥主持下,向運川負責編圖方法技術研究。這次編圖以1:20萬和1:50萬區(qū)域化探掃面數(shù)據(jù)為基礎,以1:5萬和1: 2.5萬圖幅為統(tǒng)計單元計算元素含量算術平均值,作為編圖的數(shù)據(jù)源。采用改進的距離倒數(shù)加權法對數(shù)據(jù)進行加密(插值),將數(shù)據(jù)劃分為16個色階,生成彩色像元,通過彩色噴墨繪圖儀繪制圖件。分別編制了39種元素的全國1:500萬地球化學圖(1:2.5萬圖幅數(shù)據(jù)集)和1:
1 000萬全國地球化學圖集(1:5萬圖幅數(shù)據(jù)集)。編圖成果于1996年提交,這是我國首次編制的全國性39種元素的地球化學圖件。
2001年,中國地質調查局下達新的全國性編圖任務,即“全國區(qū)域地球化學系列圖編制”項目,由牟緒贊、奚小環(huán)負責,中國地質調查局發(fā)展研究中心組織實施,謝學錦、任天祥等為顧問,向運川為編圖組長。這次編圖的特點是,直接以化探掃面的原始數(shù)據(jù)為編圖依據(jù),首次匯集了全國28個?。▍^(qū)、市)的1: 20萬和1: 50萬區(qū)域化探資料,涉及1:20萬圖幅1299個,1:50萬圖幅18個,數(shù)據(jù)點約142萬個,包括39種元素及氧化物的測試數(shù)據(jù),覆蓋面積達650×104 km2。最終,分別編制出了39種元素與氧化物的1:500萬全國地球化學圖和1:1 200萬地球化學圖集。并且,在編圖同時建立全國區(qū)域地球化學數(shù)據(jù)庫。項目歷時4年,2005年6月提交編圖成果。
由于采用原始數(shù)據(jù)編圖,數(shù)據(jù)量大,地球化學數(shù)據(jù)處理又有其特殊性,出現(xiàn)了一系列技術問題需要解決。編圖工作采用中國地質調查局研制開發(fā)的“多元地學空間數(shù)據(jù)管理與分析系統(tǒng)GeoExpl”作為編圖平臺,使數(shù)據(jù)處理、編圖和輸出等過程一體化操作。第一,要分別對各元素進行系統(tǒng)誤差的處理,以便得到很好的圖面效應。為此,制定了4條系統(tǒng)誤差校正的原則:①分析誤差源,所展示的數(shù)據(jù)誤差與周邊數(shù)據(jù)值具有明顯的臺階狀。
②數(shù)據(jù)誤差在空間上具有區(qū)域性特點,省、大區(qū)域、圖幅或分析批次。③在數(shù)據(jù)值的分布上,掩蓋了地球化學特征和地質特征展布的延續(xù)性和規(guī)律性。④在數(shù)據(jù)校正方法上,盡可能地選擇線性校正,通過簡單的計算可以復原數(shù)據(jù)。第二,數(shù)據(jù)網格化處理。大區(qū)域編圖難以利用原始點位直接構圖,需要對原始數(shù)據(jù)進行網格化處理,通過對不同網格化參數(shù)的選擇、對比和研究,確定了效果較好的網格化處理方法,即:網格距4 kmX4 km的網度;數(shù)距搜索方式采用搜索半徑為12 km的圓域;數(shù)據(jù)計算方法采用改進的距離倒數(shù)加權法,即指數(shù)距離冪倒數(shù)加權法。第三,地球化學專題圖的生成。應用GeoExpl提供的專題圖生成模塊,制作各元素等量線、等值區(qū)圖,以及相關的特征圖等。采用累計頻率與對數(shù)分級相結合,同時參考數(shù)據(jù)的特征值如平均值、中位數(shù)等,將數(shù)據(jù)分為19級,繼而劃分級次和色階,分級統(tǒng)計計算特征值,利用系統(tǒng)提供的專題圖創(chuàng)建模塊,生成地球化學等值線和等值區(qū),分別以線圖層和區(qū)圖層的形式,作為系統(tǒng)顯示窗的圖形顯示數(shù)據(jù)。用這套方法制成的圖件,應用了GIS技術和現(xiàn)代數(shù)據(jù)處理技術,是近十幾年來計算機技術在地球化學數(shù)據(jù)管理、處理、成圖方法研究的結晶。
1973年3月,湖南地質局物探大隊編制了《地球物理(化學)探礦圖件編制規(guī)范》。
1974年4月,冶金部地質司在廣西桂林舉行冶金地質系統(tǒng)區(qū)域地球化學編圖及新方法、新技術交流會。
1978年4月,物探所任天祥在《物探與化探》上發(fā)表了《關于1:20萬區(qū)域化探資料整理利用方法的討論》,提出編制1:20萬和1: 50萬地區(qū)域化學圖的方法。
1980年10月,謝學錦等發(fā)表了《皖浙贛邊區(qū)區(qū)域化探的資料整理與異常評價》,編制了皖浙贛邊區(qū)Cu、Pb、Zn等12個元素的地球化學圖。
同年,桂林冶金地質研究所與廣東地質勘探公司940隊開展了“廣東大陸區(qū)域化探編圖及找礦研究”。
1985年10月,地礦部物化探所、江西物探大隊和北京計算中心合作完成的《贛西北地球化學試驗圖集》由地質出版社出版,這是我國公開出版的第一份地球化學圖集。
1987年8月,地礦部物探所研制的IBMPC/XT應用開發(fā)及通用成圖系統(tǒng),移植和開發(fā)了20多個常用化探數(shù)據(jù)處理程序,并研制了一套微機成圖系統(tǒng)。
1988~1992年期間,北京計算中心承擔地質行業(yè)科學技術發(fā)展基金資助的科研項目(劉如英、金諄浩、鄔寬廉、鄔可筠等),開發(fā)研制了“計算機地球化學圖編圖系統(tǒng)”(小比例尺)(GCMCS),在我國率先比較系統(tǒng)地研究小比例尺計算機地球化學編圖系統(tǒng)。
1990年11月,地礦部北京計算中心(劉如英、金諄浩、鄔可筠)與遼寧物探隊(白希杰等)合作,首次用1: 20萬區(qū)域化探數(shù)據(jù)為遼寧編制全省1:50萬地球化學圖,編制了37種元素的等值線圖、色塊圖及異常圖,以及8種元素的綜合異常圖,可以全面反映遼寧省有關元素的分布特征和規(guī)律,是一份全省性的基礎地球化學資料。
1993年,受地礦部勘技司委托,北京計算中心劉如英、金諄浩、趙玉祥等在中國地質大學(北京)舉辦培訓班,推廣應用“計算機地球化學編圖系統(tǒng)(小比例尺)”。
1993年12月,成都地質學院完成的地面放射性測量工作站通過專家鑒定,以微機或筆記本機為平臺,實現(xiàn)了地面放射性測量數(shù)據(jù)的采集、傳輸、處理、成圖成像和解釋全過程的計算機化,該系統(tǒng)為國內首創(chuàng)。
20世紀90年代后,大部分省(區(qū)、市)按省(區(qū)、市)域編制了省(區(qū)、市)地球化學圖,如浙江、新疆、湖北、貴州等(楊永忠,1997),同時按成礦區(qū)帶和大區(qū)域編制了區(qū)帶地球化學圖,如東昆侖、北祁連、內蒙古北山、華南等區(qū)域性地球化學圖。主要采用色塊、等值線和數(shù)據(jù)加密插值的成圖方法。
(二)編制彩色地球化學圖件中一些問題的處理。
插值:由于輸出的彩色圖件為全面色,每個像元點都應具有數(shù)據(jù)及其對應的顏色,因此輸出彩圖之前必須求出每個像元點的插值。處理中常用的插值算法包括距離平方倒數(shù)、雙線性方法、雙三次樣條等。單一的插值算法往往存在缺點。距離平方倒數(shù)方法插值不連續(xù),并且,當插值點與數(shù)據(jù)點的距離太近時,可能出現(xiàn)誤差;而雙三次樣條則在插值中出現(xiàn)高于數(shù)據(jù)中的最大值和低于數(shù)據(jù)中的最小值、甚至出現(xiàn)負值的不合理情況。為了避免這些問題使用聯(lián)合算法插值,成功地解決了這一問題。
色階劃分:對已插值數(shù)據(jù)進行分級,并對各數(shù)量級指定顯示的顏色。分級方法包括以標準差的倍數(shù)作為相鄰級別的差值、用累積頻率(或分位數(shù))分級、使用等比級數(shù)分級等。
色彩的調配:抖動算法。由于彩色墨水只有4種顏色(青C、品紅M、黃Y和黑K),由CMYK的不同組合至多可以獲得8種顏色(包括白色)。為了顯示更多的顏色,必須用加大象元、犧牲分辨率的方法。例如使用4×4的抖動矩陣,每個象元可以獲得大約5 000種顏色,但此時對于分辨率為300 dpi的Novajet繪圖儀,分辨率降到300/4=75 dpi。
(三)全國范圍的地球化學編圖。
進入20世紀90年代,全國區(qū)域化探掃面計劃宜測地區(qū)的任務基本完成,積累了豐富而系統(tǒng)的高質量數(shù)據(jù),許多?。▍^(qū)、市)據(jù)之編制了?。▍^(qū)、市)域的地球化學圖和圖冊。于是,編制全國范圍地球化學圖的任務就提上日程。
1993年,中國勘查技術院立設立“中國小比例尺地球化學圖編制”項目,由地科院物化探研究所組織實施,在謝學錦和任天祥主持下,向運川負責編圖方法技術研究。這次編圖以1:20萬和1:50萬區(qū)域化探掃面數(shù)據(jù)為基礎,以1:5萬和1: 2.5萬圖幅為統(tǒng)計單元計算元素含量算術平均值,作為編圖的數(shù)據(jù)源。采用改進的距離倒數(shù)加權法對數(shù)據(jù)進行加密(插值),將數(shù)據(jù)劃分為16個色階,生成彩色像元,通過彩色噴墨繪圖儀繪制圖件。分別編制了39種元素的全國1:500萬地球化學圖(1:2.5萬圖幅數(shù)據(jù)集)和1:
1 000萬全國地球化學圖集(1:5萬圖幅數(shù)據(jù)集)。編圖成果于1996年提交,這是我國首次編制的全國性39種元素的地球化學圖件。
2001年,中國地質調查局下達新的全國性編圖任務,即“全國區(qū)域地球化學系列圖編制”項目,由牟緒贊、奚小環(huán)負責,中國地質調查局發(fā)展研究中心組織實施,謝學錦、任天祥等為顧問,向運川為編圖組長。這次編圖的特點是,直接以化探掃面的原始數(shù)據(jù)為編圖依據(jù),首次匯集了全國28個?。▍^(qū)、市)的1: 20萬和1: 50萬區(qū)域化探資料,涉及1:20萬圖幅1299個,1:50萬圖幅18個,數(shù)據(jù)點約142萬個,包括39種元素及氧化物的測試數(shù)據(jù),覆蓋面積達650×104 km2。最終,分別編制出了39種元素與氧化物的1:500萬全國地球化學圖和1:1 200萬地球化學圖集。并且,在編圖同時建立全國區(qū)域地球化學數(shù)據(jù)庫。項目歷時4年,2005年6月提交編圖成果。
由于采用原始數(shù)據(jù)編圖,數(shù)據(jù)量大,地球化學數(shù)據(jù)處理又有其特殊性,出現(xiàn)了一系列技術問題需要解決。編圖工作采用中國地質調查局研制開發(fā)的“多元地學空間數(shù)據(jù)管理與分析系統(tǒng)GeoExpl”作為編圖平臺,使數(shù)據(jù)處理、編圖和輸出等過程一體化操作。第一,要分別對各元素進行系統(tǒng)誤差的處理,以便得到很好的圖面效應。為此,制定了4條系統(tǒng)誤差校正的原則:①分析誤差源,所展示的數(shù)據(jù)誤差與周邊數(shù)據(jù)值具有明顯的臺階狀。
②數(shù)據(jù)誤差在空間上具有區(qū)域性特點,省、大區(qū)域、圖幅或分析批次。③在數(shù)據(jù)值的分布上,掩蓋了地球化學特征和地質特征展布的延續(xù)性和規(guī)律性。④在數(shù)據(jù)校正方法上,盡可能地選擇線性校正,通過簡單的計算可以復原數(shù)據(jù)。第二,數(shù)據(jù)網格化處理。大區(qū)域編圖難以利用原始點位直接構圖,需要對原始數(shù)據(jù)進行網格化處理,通過對不同網格化參數(shù)的選擇、對比和研究,確定了效果較好的網格化處理方法,即:網格距4 kmX4 km的網度;數(shù)距搜索方式采用搜索半徑為12 km的圓域;數(shù)據(jù)計算方法采用改進的距離倒數(shù)加權法,即指數(shù)距離冪倒數(shù)加權法。第三,地球化學專題圖的生成。應用GeoExpl提供的專題圖生成模塊,制作各元素等量線、等值區(qū)圖,以及相關的特征圖等。采用累計頻率與對數(shù)分級相結合,同時參考數(shù)據(jù)的特征值如平均值、中位數(shù)等,將數(shù)據(jù)分為19級,繼而劃分級次和色階,分級統(tǒng)計計算特征值,利用系統(tǒng)提供的專題圖創(chuàng)建模塊,生成地球化學等值線和等值區(qū),分別以線圖層和區(qū)圖層的形式,作為系統(tǒng)顯示窗的圖形顯示數(shù)據(jù)。用這套方法制成的圖件,應用了GIS技術和現(xiàn)代數(shù)據(jù)處理技術,是近十幾年來計算機技術在地球化學數(shù)據(jù)管理、處理、成圖方法研究的結晶。
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