城市地质——国家地质工作的新领域

城市地质是近年来引起广泛关注的地质工作的一个新领域。本文对国外城市地质工作的发展过程、发展特点、发展技术(方法)以及美国、加拿大、英国、德国等国家的城市地质工作现状进行了综述,为中国城市地质工作提供参考资料。     

基于地质剖面构建三维地质模型的方法研究

地质剖面是三维地质建模的重要数据源,运用地质剖面构建三维地质模型的方法应用较为广泛。在模型构建之前,统一确定模数据的坐标系和比例足,建立原始资料数据库。构建三维地质模型的关键是不同地质界面。本文详细介绍了模型边界面、断层面、地层界面、岩体界面等4种主要地质界面的构建流程与方法,尤其对褶皱构造、地层界面的断层效应、复杂岩体界面等的构建进行了重点阐述按模型边界面(模型的底界面和四周边界面)、DEM面、断层面、其他地质界面的顺序依次构建地质界面,构建断层面和其他地质界面时严格按先新后老的顺序。运用已构建好的地质界面按先新后老的顺序逐个、依次建立单个地质体,再将所有地质体的面模型组合成整个模型的面模型。通过对面模型进行网格(实体)填充和对网格赋予相应的属性值,最终构建三维地质模型。     

基于平面地质图的地质体三维建模

文章针对大尺度研究区域勘探范围有限、不能直接基于勘探数据构建区域地质体三维结构模型的问题,提出了一种以平面地质图为研究对象的地质体三维建模方法。此方法以平面地质图为基础,利用Section软件在DEM模型(数字高程模型)约束下半自动绘制一系列图切剖面图,将二维剖面映射到三维空间,利用三维剖面上轮廓线的对应性和连续性构建地质体三维模型。通过广西东平地区地质体三维模型构建实例,验证了该方法的可行性。     

Engineering geological evaluation of geological barrier rocks at landfills and repositories

 A site specific evaluation of geological barriers is required for landfills and waste repositories. The waste-repository-rock system has to be taken into consideration for this. Since the geotechnical barrier in conjunction with geological barriers contributes considerably to long-term isolation of the harmful substances from the biosphere, it is absolutely necessary to use engineering geology and hydrogeological methods for a quantitative assessment of the barrier effect of the host rock and the geological environment. For a waste disposal mine, the load-bearing capacity of the rock, the protective properties of the surrounding rock formations and the geological stability of the area are important factors in a safety analysis, of which the geotechnical stability analysis is an important part. Such an analysis comprises an engineering geological study of the site, laboratory and in situ experiments and model calculations, long-term monitoring, and special geological and geochemical investigations. Existing geomechanical modelling techniques provide a useful tool to perform barrier integrity calculations and to design an underground disposal mine. As an example, the barrier performance of the rock salt of the Gorleben salt dome is demonstrated using various safety indicators. Received: 3 January 1997 · Accepted: 29 January 1997     

地质雷达特征图像与典型地质现象的对应关系

地质雷达是浅层地质勘探的有效方法,其对断层破碎带、裂隙带、富水带、岩溶洞穴等不良地质灾害有明显的异常反映。地质雷达测量方式、测线布置及系统参数的选择,可根据测量环境以及探测目标体的大致走向、规模、物性等情况综合分析,做出合理选择。通过用地质雷达对多个工区进行工程勘查,从地质雷达图像的波形、频率、振幅、相位及电磁波能量吸收情况(或自动增益梯度)等细节特征的变化规律出发,建立了典型地质现象与地质雷达特征图像的对应关系,可以作为地质雷达图像解释的重要判据。     

基于多源数据和先验知识约束的复杂地质体三维建模研究

三维地质模型可以直观的展现地下地质情况,对传统地矿行业的转型升级和城市规划建设都具有重要意义。针对复杂地质条件下三维模型的构建,笔者等提出了一种基于多源数据和地质先验知识约束的三维地质建模方法。以成都市为例,基于MapGIS10.0 软件三维地学建模模块,在DEM数据、数字地质图、综合地质剖面图、钻孔数据、物探解译数据、构造纲要图等多源数据,以及地质体展布形态、产状和厚度变化,断层性质、延伸方向、产状变化、对地质体的错切,褶皱类型、形态特征、两翼产状变化等地质先验知识的共同约束下,开展复杂地质条件下三维地质模型构建研究。笔者等详细介绍了复杂地质体三维建模数据源的准备、建模流程与方法、模型的构建与可靠性分析。认为采用分块建模技术可有效降低复杂地质体三维模型构建的难度,提高建模效率,实现模型的无痕拼接,且易于后期模型的修改完善。本次基于多源数据和地质先验知识约束,采用分块建模技术首次构建了成都市三维地质模型。笔者等通过地质先验知识（地质规律）和静态数据（可视化和抽稀钻孔数据）对模型的可靠性进行了分析,其中抽稀钻孔数据分析采用未参与建模的真实钻孔对三维地质模型中地质体埋深和分层厚度进行误差计算,获得地质体埋深误差均值为33.15 m,分层厚度误差均值21.37 m,认为模型的可靠性较高,可为成都市城市规划和重大工程选址提供重要的基础地质数据支撑。     

基于多源数据和先验知识约束的复杂地质体三维建模研究

三维地质模型可以直观的展现地下地质情况,对传统地矿行业的转型升级和城市规划建设都具有重要意义。针对复杂地质条件下三维模型的构建,笔者等提出了一种基于多源数据和地质先验知识约束的三维地质建模方法。以成都市为例,基于MapGIS10.0 软件三维地学建模模块,在DEM数据、数字地质图、综合地质剖面图、钻孔数据、物探解译数据、构造纲要图等多源数据,以及地质体展布形态、产状和厚度变化,断层性质、延伸方向、产状变化、对地质体的错切,褶皱类型、形态特征、两翼产状变化等地质先验知识的共同约束下,开展复杂地质条件下三维地质模型构建研究。笔者等详细介绍了复杂地质体三维建模数据源的准备、建模流程与方法、模型的构建与可靠性分析。认为采用分块建模技术可有效降低复杂地质体三维模型构建的难度,提高建模效率,实现模型的无痕拼接,且易于后期模型的修改完善。本次基于多源数据和地质先验知识约束,采用分块建模技术首次构建了成都市三维地质模型。笔者等通过地质先验知识（地质规律）和静态数据（可视化和抽稀钻孔数据）对模型的可靠性进行了分析,其中抽稀钻孔数据分析采用未参与建模的真实钻孔对三维地质模型中地质体埋深和分层厚度进行误差计算,获得地质体埋深误差均值为33.15 m,分层厚度误差均值21.37 m,认为模型的可靠性较高,可为成都市城市规划和重大工程选址提供重要的基础地质数据支撑。     

Analysis of geological events

Geological events, such as emplacement of granite or growth of slaty cleavage, may be ordered into a sequence by two methods. One is to assign each event a place in a time scale, such as years before the present, which amounts to assigning events an age designation from the set of real numbers. In ordering such a list, the algebra of real numbers applies. A second method is to determine the time relations of events in pairs, such as a fold is of type (S1, S2) or granite intrudes conglomerate. These binary relations between events may be used to order events into a sequence using the transitive properties of the relation “older than.” It is shown, however, that the binary relations between events do not follow the familiar rules for the algebra of real or integral numbers and it is necessary to erect a new system of relations called the “algebra of events.” The fundamental relation is “older than or equivalent to” and this may be used to define the relations “older than”, “younger than”, “equivalent to”, “incomparable to”, and “covers.” The essential difference from the algebra of integers is that the reflexive relation (“equal to”) is replaced by two such relations (“equivalent to” and “incomparable to”) in the algebra of events. A number of binary relations between events may be assembled into an event matrix which is basically a truth table for the relation “older than.” This may be ordered and stacked by operations termed ORDER and STACK. The relationship of each event to every other event may be determined by simple inspection of an ordered, stacked matrix, and from this a geological history may be assembled. If there are contradictions in the field data, ordering into a proper sequence is impossible and may be detected. If there are ambiguities in the field data, there are several different orders that are proper sequences so that the event matrix may be ordered. However, the ambiguities occur as voids in the stacked matrix.     

智能地质体综合技术在地质图缩编中的应用

地质图缩编过程中存在地质体合并效率低、处理环节繁杂、成果质量难以保证等问题。提出了一套新的地质体智能化综合方法,依托地图综合方法、人工智能算法、地质专家知识等,采用同属性合并、空间聚合、自定义融合、地质体消除、地质体夸大等方法进行智能化处理。MapGIS版智绘地质软件中实现了地质体智能综合处理模块,采用自动或人机交互式并行工作模式,通过"一键式"操作可快速完成地质体综合任务。经实际数据测试,验证了地质图缩编中地质体智能综合方法的正确性,可节省80%以上的工作量,极大提高了编图人员的工作效率,对未来开启地质图件智能化编制具有重要意义。     

有关深部地质填图和立体地质填图的几个问题

大多数20世纪下半叶建立的矿山,资源已近枯竭或出现了资源危机,都需要寻找接续资源。为此提出在成矿远景好的地区有计划地开展“深部地质填图”和“立体地质填图”的设想。“深部地质填图”是找寻隐伏矿和半隐伏矿的深部地质研究的战略性工作,“立体地质填图”则是其战术性工作。两者既有联系又有区别。前者是为了寻找隐伏矿、半隐伏矿的“靶区”,或为“靶区”提供背景地质资料;后者是为了找到“新矿体”、“新矿层”,扩大矿床规模和矿山远景。“深部地质填图”要采用地质、物探、化探及少量钻探等综合手段,提交比例尺不小于1：5万的地表地质图和深部地质图;“立体地质填图”主要是按一定间距(100～200m)进行钻探,结合物探剖面,发现新矿体,提交立体地质图。当前应全面开展资源危机矿山外围的“深部地质填图”,积极慎重地进行“立体地质填图”试点,并将此项工作作为一项独立的地质工作纳入地质调查之中。     

三维地质建模过程中综合地质剖面构建方法研究

综合地质剖面是三维地质建模重要的数据源,在地质构造复杂地区运用综合地质剖面构建三维地质模型的方法应用较为广泛。本文以成都市为例,详细介绍了综合地质剖面构建需要准备的地质资料、剖面的部署原则和构建方法,并解决了剖面构建过程中遇到的同时代、同层位的不同地层之间的连接问题。实践表明,通过综合地质剖面的构建,可以充分发挥地质技术人员在三维地质建模中的主观能动性,准确刻画复杂地质体在三维空间的展布情况,有效实现复杂地质体交互式半自动建模,提高三维地质建模的效率和精准度。     

智绘地质——新一代智能化地质编图模式及应用

为了弥补传统数字地质编图工作量大、重复操作多、周期长、质量难保证等不足,从地质图件快速编制的业务需求出发,提出了多学科交叉的智能地质综合编图理念,构建了以"地质数据+专家知识+人工智能"为核心的智能化地质编图技术体系,研制了具有需求驱动、数据驱动、模型驱动、知识驱动等特点的地质调查综合智能编图系统——智绘地质。智绘地质以地质专家知识为全流程控制主线,有机融合地图综合、地理信息系统、数据库、可视化、人工智能、制图标准、质量控制等关键技术和方法,依托地质演化关系、各种规则库、智能算法等,模拟编图专家自动或半自动地完成大量地质要素的综合处理,打通了大中比例尺到小比例尺图件的快速缩编、基础图件编制、跨行政边界的协作编图、定制化图件开发等技术流程。智绘地质已在中国1 150万和1 250万地质图修编、区域地质图件编制、沿海城市建设影响因素图件开发等生产工作中试用,实践证明该软件至少能节省65%~75%的编图时间,减轻编图人员压力,有效提高成果数据质量。开发的两套智绘地质软件已初步投入使用,有利于开启新一代交互式智能化编图的工作模式,可为地质调查、矿产资源、生态保护、国际编图等更多领域提供技术支撑,促进编图工作的标准化、规范化。     

垃圾填埋场地特征及其工程地质问题分析

以徐州某垃圾填埋场工程为例,以勘察工作成果为基础,对区域稳定性、地震效应等方面进行了探讨。重点研究和评价了水文地质条件,分析了垃圾填埋场建设所涉及的主要工程地质问题。研究结果表明:本场地的变形特性、边坡稳定性等满足填埋场使用要求,不会出现承压水突涌现象,填埋场的修建不会对地下水产生不良影响,场地作为垃圾填埋场的建筑场地是适宜的。     

前寒武纪重大地质事件

本文概括性地阐述我国前寒武纪冥古宙、太古宙、元古宙三大地史阶段的重大地质事件,粗略勾绘前寒武纪地球演化的轨迹,期望了解我国与全球变化的异同,进一步突出我国前寒武纪三大地史阶段中新太古代超级地质事件及元古宙时期中国大陆块体对哥伦比亚及罗迪尼亚两个超大陆形成与破裂的地质响应。冥古宙是地球最早期的地史阶段,从太阳系形成的4 567 Ma至地球上最老的4 030 Ma的Acasta片麻杂岩。碎屑锆石保存最好的地点是西澳的Mt. Narryer和Jack Hills。目前在中国大陆至少有7个地点发现具有罕见的约4.0 Ga的碎屑锆石,这些地点并不位于克拉通区,而是赋存于造山系新元古代至古生代以碎屑岩为主的地层中。太古宙(4 030~2 420 Ma)定义为从最古老的岩石出现(4 030 Ma Acasta片麻岩)至冰碛层首次广泛分布的寒冷期之间的一段地史。最古老的岩石为英云闪长片麻岩,构成加拿大西北斯拉夫克拉通4.03~3.94 Ga Acasta片麻岩的一部分。西南格陵兰Isua带保存全球有最老的表壳岩,形成于3 810 Ma。太古宙最重大的地质事件莫过于2 780~2 420 Ma时期的新太古代超级事件。值得指出的是华北克拉通最古老、也是中国最古老的岩石出露在中国辽宁鞍山地区,约3.80 Ga英云闪长岩奧长花岗质片麻岩和3.30 Ga的表壳岩已被识别。华北克拉通太古宙有与世界各地太古宙相似的演化历史和特点,包括花岗岩绿岩带及高级变质片麻岩带、广泛的英云闪长岩奧长花岗岩花岗闪长岩(TTG)片麻岩、古陆壳的出露(略老于3.8 Ga)、广泛分布的BIF等。我国太古宙花岗岩绿岩带虽然在华北克拉通分布较广,但与南非、格陵兰、加拿大、西澳等地经典的花岗岩绿岩带相比,时代偏新,仅以新太古代为主,规模偏小,缺少大面积分布的科马提岩,且变质程度偏高,主要为角闪岩相麻粒岩相变质。演化到元古宙(2 420~541 Ma),则进入成熟的、较冷的、刚性程度较高的地球,以现代样式板块构造、超大陆旋回和更复杂的疑源类(eukaryotic)生命的发育为特征。这种变化大致出现在2 420 Ma左右,与哈默斯利型BIF的消失及地史中首次广泛出现的冰川沉积物年代相近。古元古代早期十分重要的“休伦冰川事件”、指示大氧化事件的古老红层在我国尚未被发现,与Lomagundi Jatuli (LJE) δ13C的同位素漂移有关的关门山组古元古代沉积地层的同位素年代学依据不足;古元古代磷矿和具有巨大石油潜力的2.01 Ga Shunga事件也未能鉴别。但中国最大特色是发育了与哥伦比亚和罗迪尼亚超大陆汇聚与裂解有关的良好地质记录,特别是华北克拉通保存了古元古代与哥伦比亚超大陆汇聚有关的超高温、高压麻粒岩等变质及岩浆事件,1 780 Ma以后的中元古代又保存了与哥伦比亚超大陆裂解有关的裂谷沉积及岩浆活动;而在扬子和塔里木陆块区则保存了与新元古代早期与罗迪尼亚超大陆汇聚有关的蛇绿岩、混杂岩、洋内弧、俯冲增生杂岩及大陆边缘弧,在约800 Ma以后则发育了与罗迪尼亚超大陆裂解有关的沉积及岩浆活动的地质记录,为中国和全球地质学者研究这一时期地球系统变化和成矿作用提供了客观的野外实验室和良好的范例。     

有关深部地质填图和立体地质填图的几个问题

大多数20世纪下半叶建立的矿山,资源已近枯竭或出现了资源危机,都需要寻找接续资源。为此提出在成矿远景好的地区有计划地开展“深部地质填图”和“立体地质填图”的设想。“深部地质填图”是找寻隐伏矿和半隐伏矿的深部地质研究的战略性工作,“立体地质填图”则是其战术性工作。两者既有联系又有区别。前者是为了寻找隐伏矿、半隐伏矿的“靶区”,或为“靶区”提供背景地质资料;后者是为了找到“新矿体”、“新矿层”,扩大矿床规模和矿山远景。“深部地质填图”要采用地质、物探、化探及少量钻探等综合手段,提交比例尺不小于1∶5万的地表地质图和深部地质图;“立体地质填图”主要是按一定间距(100～200m)进行钻探,结合物探剖面,发现新矿体,提交立体地质图。当前应全面开展资源危机矿山外围的“深部地质填图”,积极慎重地进行“立体地质填图”试点,并将此项工作作为一项独立的地质工作纳入地质调查之中。     

对地质时代划分的意见及新地质年代表

<正> 1989年国际地层委员会通过了新的前塞武划分方案(Cowie 1989,孙大中1990,孙卫国1990),该方案将前塞武分为太古、元古两宙,而将元古宙又分为老、中、新三代(各以 2500、1600、1000M·Y·B·P·为底界)。元古宙各代共分出十个纪,各纪的名称采用当时地球上主要地质事件的希腊文词根来命名(如σιδηρ-铁,στενο-狭窄等)。     

基于空间数据和专家知识驱动的地质编图技术研究与应用

地质图编制专业性强、工作量大,编图环节繁琐,而人工智能、大数据等新一代信息技术的快速发展,为中国地质图的编图技术发展提供了支撑。在地质大数据环境下,提出基于地质知识驱动的地质编图技术,通过构建地质编图时空综合模型和地质代号智能识别模型,可以对多图幅的沉积岩、侵入岩、火山岩、变质岩、构造等地质要素进行人机交互式、自动化、智能化地图元综合、断层简化、线形圆滑、图幅接边等。近年来,基于该技术在青海东部地区、河南洛阳、郑州地区及京津冀多地区开展的编图实践表明,该编图技术能够显著提高地质编图工作效率,具有实际应用意义。     

近10年来城市地质学研究和城市地质工作进展述评

首先回顾了近10年来城市地质学研究的进展。国际上,城市地质学研究主要集中在城市地质与城市规划的结合、城市地质环境和灾害风险评价等方面,国内则集中在城市地质调查方法、城市地质灾害防治方法等方面。然后回顾了近10年来城市地质工作的情况。国际上,建立城市地质环境动态监测体系是一个新动向。在国内,城市地质调查仍然是今后很长一段时间的工作重点。最后针对目前存在的问题提出了若干对策:城市地质学研究要结合城市发展过程中面临的重大问题,积极运用现代信息技术,大力培养专业人才,主动为城市规划建设服务,编制城市地质工作专项规划,建立城市地质工作成果流通机制等。     

智能地质调查体系与架构

中国地质调查局用了近10年时间,在基础地质调查和矿产调查领域基本完成了地质调查全流程数字化过程。在"云"计算与大数据技术等新一代信息技术的兴起大环境下,未来5至10年,地质调查主流程信息化的方向和目标是什么呢?本文基于新一代信息智能技术和智能设备在地质调查数据采集、数据分析处理、数据交换传输、三维建模、信息泛在服务、业务管理全面深度融合的基础上,结合智能空间与普适计算概念给出了智能地质调查定义,提出了基于云计算和Hadoop生态体系为基础的天地空一体化的智能地质调查体系、架构和应用模式,并对其关键技术进行了讨论。     

Delineation of intrinsic geological units

Conventional methods for the estimation of mineral resources potential are broadly subdivided into two groups: subjective models based upon ore genetic theories and objective models based upon multiple geological observations. This paper examines some objective means that brings the two types of model together and jointly utilizes the information from both ore genesis and geological observations in delineation of promising areas for mineral exploration. These promising areas are here referred to as intrinsic geological units. They are so-called because they are not identified directly with respect to mineral deposits, but delineated in terms of some critical genetic factor, a necessary condition for formation of the mineral deposits. Four major steps are involved in this analysis. First, establish the structure of critical genetic factor-recognition criteria-multiple geodata for the deposit type of interest. Next, estimate probabilities of occurrence of each of the recognition criteria based upon geological observations. Third, a synthesized probability measure for occurrence of critical genetic factor is determined as an optimum linear combination of the probabilities estimated in the second stage. Finally, intrinsic geological units are delineated by optimally discretizing the probability measure for the critical genetic factor. This estimation procedure is formulated into a three-stage optimization model: logistic regression-quadratic programming-optimum discretization, which is demonstrated with a case study on epithermal Au-Ag mineral deposits in the Walker Lake quadrangle of California and Nevada. In this case study, heat source is selected as the critical genetic factor and it is identified by three selected recognition criteria: Au-Ag mineral occurrence, Tertiary intrusive, and hydrothermal alteration. The intrinsic geological units for epithermal Au-Ag deposits are delineated on the basis of six different preprocessed and integrated geological, geochemical, and geophysical fields.