7第七讲数据模型与信息合成.ppt

第七讲 数据模型与信息合成,一 、数据模型 二 、信息合成 三 、GIS在矿产勘查中的应用-信息合成的有力工具,目前，原始地学信息的收集已由过去的以定性描述为主，而转化为大量的定量的地学数据。因此，在进行信息合成时，只有采用一定的数据模型对各类浩瀚的无直观规律的数据集进行整理、分析，把握数据分布的规律性，才能进而进行不同种类的信息合成工作 。,一、数据模型 地质体数学特征研究实质上也就是研究地质数据的数学模型或简称数据模型。利用数据模型可以反映地质体的几何特征、统计特征、空间特征和结构特征，还可以查明可能存在的分形、混沌等非线性特征。这是一种基础性工作，是十分重要的。(例）,例如，只有选用或构置适当的数据模型对原始数据进行加工、处理，查明数据分布特征及其规律性，才能在此基础上进一步借助有关的模型对有关数据进行信息合成所必须的数据预处理、噪音信息的剔除、矿化信息的强化等工作。数据模型在广泛采用计算机技术的信息合成的各个环节中都起着不可替代的作用。而且，数据模型是选用各种数据处理方法的依据。,原始地质数据分布律的数学模型： 正态分布模型、 对数正态分布模型、 二项分布、 负二项分布、 普阿松分布、 超几何分布 及指数分布等；,用于数学模型处理的原始数据： 重力资料的求导、延拓、各种计算密度界面的方法， 磁法资料的化极、求导、延拓、视磁化率、正演、反演方法， 遥感资料的边缘增强、线性体增强及环形影像增强方法， 化探、重砂资料的趋势分析、因子分析、聚类分析、回归分析等； 可用于信息提取及合成的因子分析、典型相关分析、信息量法、成矿有利度模型。,二、信息合成 （一）概述 概念：信息合成也可称之信息综合，是指把反映地质体各方面的有关信息(数据、资料、图像等)通过一定的技术手段，加工成为一种与源信息具相互关联的新的复合型信息，即由直接信息转换为间接信息。 这种复合型信息具有反映地质体总体特征及所具有的隐蔽特征的功能。,用于信息合成的源信息的形式： 各种原始的地质数据，如各种物、化探原始观测数据， 经过一定的专门性加工、处理、整理而成的有关资料、图像等。 信息合成是勘查工作发展的需要。也是高新技术在地勘工作中应用的直接体现。,信息合成结果表示： 一种结果是各种单独的矿化信息在同一空间上的简单叠加定位； 另一种是在通过分析各种单独信息的相互关系的基础上提取出来的(定量)，是以前一种合成为基础进行的， 后一种的工作难度较大，但有人认为这才是真正的信息合成，是信息合成的发展方向。,（二）信息合成的基本步骤 1）建立地质概念模型 地质研究是信息合成的基础，只有在全面研究的基础上，才能对矿床的地质条件及成矿特征有深刻的了解，在此基础上才能正确地总结控矿因素及找矿标志，确定选择用于信息合成的各种原理资料；,2）原始各种信息的预处理工作 预处理是把各种格式、比例尺、分辨率的原始资料(图形、图像、数据、磁盘(带)数据等)编辑转换为适合计算机图像处理的统一格式及数据类型等。参与预处理的原始资料可以是有关的控矿因素方面的信息，也可以是各个侧面的矿化信息。如与成矿有关的地层构造岩浆岩或已知的矿床(点)、物探、化探、遥感信息等。,3）信息的关联和提取 各类成矿信息都不是孤立存在的，而是本身就有机地联系在一起的。只有通过信息彼此之间的关联，才能正确、全面地提取有用信息，排除与研究对象无关的“干扰”信息。信息的关联可分为同类信息的关联，如物探信息中的航磁平剖解释信息与化极、求导、延拓解译信息的关联，不同类信息之间的关联，如物探异常信息与化探异常信息之间的关联等。,信息关联和提取的地质意义是清楚的。一般成矿作用，通常理解为多种地质作用相互叠加的结果。各种地质作用常常具有不同的地球物理和地球化学信息标志特征。通过信息关联而确定的有用信息的叠合部位或信息浓集区，则被认为是成矿可能性最大的空间地段。这种成矿可能性最大的空间地段的认识的得出即是信息提取的一种物化表现。,4）信息的综合和转换 信息的综合和转换，即信息合成，是指在各种单信息相互关联和提取的基础上，将提取出来的有用矿化信息作进一步的加工、优化和综合提取，最终完成直接矿化信息向间接矿化信息的转换。信息合成后的物化形式，一般多为直观的图件，如成矿有利度图、矿化信息量图，综合信息找矿模型等。 返回到主目录,三、GIS在矿产勘查中的应用-信息合成的有力工具 GIS是(geographic Information System)的英文缩写，它是对地球空间数据进行输人、存储、检索、运算、分析、建模、显示、输出等的计算机系统，是集地理学、测绘学、遥感学、空间科学、信息科学、计算机科学和管理科学为一体的综合性学科，也称为空间数据的管理系统。,60年代初加拿大学者Tomlison首先提出GIS概念及理论，70至80年代，随着现代计算机技术迅速发展，GIS技术日趋成熟。现就国内外 GIS技术在矿产资源预测及评价等方面应用现状及进展作一介绍，提出GIS技术应用中应解决的几个关键问题，总结基于GIS的矿产资源评价程序。 GIS的矿产资源评价的主要任务是在对研究区内的资料充分研究的基础上，确定合适的数据源、建立合理有效的GIS数据库、单个空间关系的确定和量化及多个空间关系的集成。,在矿产资源评价领域，GIS提供了计算机辅助下对地质、地理、地球物理、地球化学和遥感(航片和卫片)等多源地学信息进行集成管理、有效综合与分析的能力，成为改变传统矿产资源评价方法的有力依据。 GIS只是一种使数据的分析更有效和定量化有力的工具。 矿产资源预侧评价中起决定性作用的还是各地质科学领域的专家。,(一)基于GIS技术矿产资源评价的发展 (1).国外进展 美国矿产资源评价的GIS应用起始于80年代初，1982年美国地调所的地质处和测图处联合启动了一个试验研究项目，设计、开发、应用和评价用于CLSMAP的GIS原型系统。根据GIS得出的采用数字编目的地质、地球物理、地球化学、遥感、地形和矿产地数据的空间关系，建立可能发现的矿床类型的经验模型。试验分别在3个10 x 20的图幅上进行。通过研究，确定了进行矿产资源评价对栅格、矢量与表格式数据处理能力及相互间的接口和在GIS内建立和应用模型及表示的制图功能的需求( C . M . Trautwein et al .,1988 )。目前各州地调所、勘探公司和矿业公司都已采用GIS进行矿产资源评价及找矿。,加拿大地调所(GSC)80年代后期开展了用GSC进行矿产资源潜力填图的研究。GSC著名地质统计专家F . A . Agterberg和Graeme F.Bonham一Carte:教授在Nova Scotia地区的金矿勘探和新布伦斯瑞克北部矿产资源评价中，提出利用条件概率与贝叶斯规则相结合的证据加权模型，实现二元模式图综合的新方法。在资源评价中首先将GIS的空间分析与定量模拟结合起来。研究中首先对流域盆地的多元素地球化学数据结合起来进行线性组合，利用回归分析作出多元素地球化学特制图，然后利用贝叶斯理论对金矿成矿非常有力的其他因素与这些地球化学图结合起来，作出唯一条件图。对于每一种唯一条件图计算其后验概率，生成描述金矿化概率图。Bonham-Carte教授较先运用GIS多源信息(地质、地球化学、重磁、遥感和已知矿产地)综合分析技术进行SnowLake地区火山块状硫化物矿床(VMS)评价，使用的GIS软件为总部设在Ottawa和InteraTydac开发的SPANSMAP。,澳大利亚澳大利亚地调所(ALSO)于1988年成立了由GIS技术与应用专家组成的自然资源信息中心(NRIC )，同年启动了一个以综合大量的不同类型的空间数据为目的的研究项目。1995年开始，GIS不仅被广泛用于建立矿产资源评价的基础矿产省的GIS数据集(Lesley Wybom et al., 1995)也用于澳大利亚的镍红土矿、镍硫矿、脉金矿、红土金矿、含金刚石的金伯利岩及铅锌矿的矿产潜力图(Lyle A. Burgess, 1997)而且在矿产资源评价专用系统方面也有很大进展，特别是Lesley. Wybom等建立了GIS澳大利亚金属矿产预测空间数据库专家系统。,(2).国内应用现状及趋势 原地矿部应用GIS进行矿产资源预测始于80年代中期。1986年，由地矿部遥感中心主持，长春地院、中国地质大学、地矿部遥感中心等单位参加，开展了“遥感图像与其他地学数据综合图像处理技术及应用研究”，系统研究了地质勘查数字图像处理与综合的主要技术环节，并开发了多种图像软件包，在安徽铜陵、湖南香花岭及新疆哈密等地区开展了不同矿种的矿产资源评价应用试验。,“八五”期间，地矿部所属中国地质大学、物化探所、北京计算中心、成都理工学院等通过各种项目的实施进行过应用GIS技术的综合成矿预测研究。 国家“九五”地质科技攻关项目更是强调新技术、新方法，包括GIS技术的应用。原地矿部启动了3个应用中国地质大学(武汉)开发的MAPGIS进行矿产预测研究的项目。研究内容包括空间分析方法、数据库建设以及开发用于矿产资源预测的专用系统。,1994年4月，地矿部地调局为提高矿产资源预测的水平和找矿效果，在川西扬子地台西缘部分地区4个图幅立项开展GIS应用的试验研究。 1996年4月试验扩大到8个省局，1997年4月下发文件，将信息系统建设包括成矿区划数据库、1:20万数字地质图数据库、大中型矿产数据库和钻孔数据库等作为生产任务下达各局。这一项重要举措标志着应用GIS进行矿产资源评价从科研进人生产阶段。,有色地质部门在“七五”、“八五”和“九五”期间也实施了多源地学信息处理、GIS在矿产资源勘查与开发评价中应用等项目研究，取得了很大成效 当前，国土资源部正在实施新一轮国土资源大调查，强调以GIS技术为基础，实现矿产勘查跨世纪工程的信息化。因此建立基于GIS的金属矿产资源勘查评价应用系统是重点成矿区带找矿预测的需要。,（二）应用GIS技术进行矿产资源评价要解决的主要问题 1).丰富的高质量的空间与非空间数据集是成功评价的基础 利用GIS进行矿产资源预测评价的基本要求，用于基本分析的数据最少要包括基本地质数据(地质、地球物理、遥感)、点数据库(岩石物理特性、地球化学、矿床点)以及一系列基础专题数据复合而成的综合数据(土壤地质、变质岩、构造带等)。,由于原始数据是由不同单位、不同时间、采取不同的采集及分析方法而获得的，因此，必然造成同一研究区的相关数据具有不同的比例尺、不同的精度、不同的投影方式及不同的存储方式。因此，在应用GIS技术进行综合分析之前，必须对原始数据进行预处理，如投影变换、格式转换，以保证建立高质量的数据。,2).多源地学信息集成有效的管理是决定资源预测效率的重要因素 应用GIS进行资源评价的效率在很大程度上与所建立的数据库的质量成正比。预测中出现的问题一是缺乏地质知识，一是不合理的数据库设计。,用于矿产资源评价的多源地学信息的管理有2种情况:一是建立区域综合信息系统，全面管理所有的数据。在进行资源评价时，检索所需的信息，在GIS进行空间分析。二是评价项目自己管理与评价有关的综合地学信息，建立相应的数据库。,注意： 地质信息是矿产资源评价的最基础的信息。其主要来源是地质图，在GIS中分空间信息及属性信息进行管理。为了便于操作，许多GIS将数据按逻辑类型或专业属性分成不同的层次进行组织。 地理底图在资源评价中，只作为参考信息，可以作为矢量信息，也可作为栅格信息存储。,地球化学数据必须按照原始数据存储，以便检索单个元素或多个元素进行异常图分析。 重力数据可以作为属性值、等直线图或栅格图像综合到GIS中。同样也可将其他地球物理数据综合到GIS中。,矿产地数据可从已建立的国家矿产资源数据库中提取。也可以通过数字化将研究区内已知的矿床点按照占数据库形式存储于GIS中。 遥感图像及其处理结果除作为栅格数据参加空间分析外，也可将处理结果如构造线数字化以矢量格式输入GIS中。,3).基于GIS的矿产资源评价的空间分析方法 空间信息的综合分析方法是决定GIS应用水平的关键。矿产资源预测成功与否在很大程度上取决于专家对预测区的认识即预测模型。空间分析方法通常分为两大类:经验的和理论的。不管是哪一种方法，其主要目的是定量化的表示相关的专题属性，最终对若干个专题关系进行综合分析生成预测图。多数GIS为基础的矿产预测集中研究对多个专题关系进行综合分析的方法。布尔逻辑、代数方法、模糊逻辑和神经网络是几种常用的方法。,4).来自多学科专家的共同参与是矿产资源预测成功的保证 （三）基于GIS技术的矿产资源评价程序 第一，收集研究区内与成矿有关的地质、矿点分布、地下岩性和构造、地球化学、航磁及重力等地球物理和遥感资料。如有可能，补充收集资料。据此，进行综合研究确定现代地质环境。,第二，通过与全球内已知的某种矿床类型有关的地质环境和研究区内已知的矿床点对比研究，确定在上述地质环境内可能形成的矿床类型。 第三，建立这些矿床点的描述性模型。从某一个描述性模型中，选择能确定该类型矿床存在与否的重要标志和一般性标志并将其定量化。 第四，根据第一步收集的信息，建立地质属性的空间与非空间数据库。,第五，根据所建立的模型利用GIS技术对多源地学信息进行分析处理，判别标志是否存在以及各类判别标志的区域分布和相对重要程度，然后进行空间综合分析与评价，确定每个矿床类型出现的有利程度。 第六，编制矿产资源预测图件。,