地质空间范文

地质空间范文（精选9篇）

地质空间 第1篇

1 水文地质空间信息的特征

水文地质空间信息是反映地下水数量、水质随着时间和空间发生变化和运动规律的数据信息流[2], 由于地质环境和地下水运动具有一定的不规则性, 因此水文地质空间信息具有不确定性、系统性和时滞性特征。

1.1 水文地质空间信息的不确定性

所谓不确定性是指某种物资或系统处于状态不稳定、运动不规律、信息流反馈不连续等不规则、不易测算或预测的特征。对于水文地质空间信息而言, 不确定性主要体现在时间上和空间上两个维度。

水文空间信息在时间上不稳定, 信息的种类、性质和强弱并不是时间的函数, 如地下水的水流大小、水质量值等时而瞬间发生较大变化、时而长期稳定不变, 具有不易预测、不易掌控的特性。

在空间上的不确定性是指在不同地形地貌、不同区域、不同监测点或者同一地表点对应的不同深度, 水文地质信息不相同、不规律、分布随机等特点。

1.2 水文地质空间信息的系统性

地球水环境是一个复杂的系统, 地表径流、地下径流、含水层、隔水层等诸多因素均对水文地质空间信息造成影响, 这些因素相互影响又共同作用, 在一定程度上具备“蝴蝶效应”, 使得水文地质空间信息与地下地表环境构成一个系统。

1.3 水文地质空间信息的时滞性

信息的传导需要一定的时间, 水文地质空间信息从各个信息源通过信息收集和传导系统传送至接收端, 在经过处理转换成可读懂的信息, 这个过程往往会造成接收到信息时, 信息反馈的事件已经发生一段时间, 也就是水文地质空间信息的时滞性。

2 水文地质空间信息系统的构建与应用

由于水文地质信息对于人们工农业生产用水、生活用水、土地资源保护与综合开发利用、水土保持与地质灾害防范等领域的重要作用, 就有必要建立对水文地质信息进行收集、分类、处理、集成、分析和共享的系统平台[3]。

2.1 水文地质空间信息系统的构建原则

实用性、动态性、高效性是构建水文地质空间信息系统的主要原则。由于水文地质空间信息系统构建的目的是满足各种使用需求, 构建系统的重首要原则就是实用性, 如果不具备实用性, 就违背了构建信息系统的初衷和目的。水文地质空间信息的不确定性、时滞性、系统性特征决定了其信息系统构建要遵循动态性原则, 只要动态才能保证获取的信息的时效性和真实性, 时效性不符合要求的信息往往会导致信息使用者做出与事实不符的决策, 浪费了大量资源。构建水文地质信息系统要从系统软件和硬件上多思考其信息传导和处理速度, 保证信息的获取和相应机制高效运行。

2.2 水文地质空间信息系统构建模型

水文地质空间信息系统的模型设计要综合考虑信息的特征、系统构建原则和信息应用领域和方向, 要分类、分级建立信息的收集和处理模块。总系统要综合、全面、高效, 能起到快速总揽全局的作用, 子系统要分类合理, 与总系统之间的信息传导要流畅高效, 并与其他子系统能有效实现数据共享。

2.3 水文地质空间信息系统应用平台

不同的领域、专业和工作人员对水文地质空间信息系统应用需求不同, 因此, 系统构建开发者要针对不同的用户需求打造有针对性的使用平台。使用平台要具备专业性、服务性和易于操作的特征。

2.4 系统应用端的设计

要用软硬件上的合理的流程设计实现应用端的界面简单、信息集成、便于操作。信息的导出端要有符合统计学原理, 既要有数据的简单反应, 也要有汇总、分析和异常追踪。如在地质防灾减灾应用平台, 要使工作人员能在平台上直观地发现有地质灾害危险的风险区域和风险点, 以做出预警响应;也要能导出地质灾害的分类、分级、分区域、分时段等汇总和分类信息, 能够自动计算并导出历史地质灾害多发点、重大地质灾害发生点等分析类参数。以便帮助工作和研究人员分析地质灾害发生的特点和规律, 科学防灾减灾。

3 结束语

基于水文地质信息的不确定性、系统性和时滞性等特点, 要遵循实用性、动态性、高效性的原则构建和开发水文地质空间信息系统, 分类、分级并结合应用领域, 开发和构建数据全面实时、分类合理、使用界面简单高效的水文地质空间信息系统。在国家经济发展、土地资源保护和地质灾害防范等领域发挥重要作用。

摘要：水文地质空间作为地球空间信息系统的重要组成部分, 水文地质空间信息系统是对地球表面地下水的分布和运动规律的信息集成、分析和处理系统。水文地质空间信息系统为生活用水、工业用水、农业用水提供技术和信息支持, 是水土保持、水资源保护和地质灾害防范的信息来源和依据[1]。本文结合水文地质空间信息的特征, 研究水文地质空间信息系统的构建方法和应用领域。

关键词：水文地质,空间信息系统,构建与应用

参考文献

[1]沈思成.水文地质空间信息系统构建[J].低碳世界, 2014 (07) :130.

[2]翁晓鹏, 王文科, 曹建成, 孙金林, 乔晓英.水文地质空间信息系统的设计与实现[J].测绘与空间地理信息, 2012 (10) :81-83.

地质空间 第2篇

到目前为止,中国已建立了85处国家地质公园.最邻近点指数判别表明:国家地质公园在空间分布上属于凝聚型,受中国大地构造控制,形成了东部沿海带、武夷山带、太行山-巫山-雪峰山带、环青藏高原带、秦岭带、南岭带6个集聚带.进一步分析国家地质公园与区域经济水平没有明显的.耦合关系,但与城市发展水平的空间耦合关系明显.说明国家地质公园的建立不仅依赖于地质遗迹资源,而且还与周边区域的城市发展水平有关.由于我国广大中西部地区地质遗迹资源丰富,因此随着这些区域城市发展水平的不断提高,在广大中西部地区建立更多的国家地质公园对大西部开发和中部经济崛起具有重要的战略意义.

作 者：黄金火 HUANG Jinhuo 作者单位：莆田学院,福建,莆田,351100;北京大学旅游研究与规划中心,北京,100871刊 名：山地学报 ISTIC PKU英文刊名：JOURNAL OF MOUNTAIN SCIENCE年，卷(期)：200523(5)分类号：X141 F590关键词：国家地质公园 空间结构 大地构造 城市发展水平耦合关系

★ 游临海国家地质公园作文

★ 经济全球化与国家经济安全战略

★ 论国家经济安全

★ 历史教案：明清经济的发展与“闭关锁国”

★ 中国是“非市场经济国家”?

★ 国家软件业发展论文

★ 吉首市社区体育与学校体育的互动发展研究

★ 洛川民俗博物馆

★ 循环经济的商业经济制度的建设与发展

探究地质灾害空间危险性评价 第3篇

关键词：地质灾害,空间危险性,评价

地质灾害从概念上分析, 是指在自然因素或者人为因素的作用下, 产生的破坏自然生态环境、威胁人类生命财产安全的地质现象, 如崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地裂缝等, 对于人类社会的发展影响巨大。对此, 相关部门针对一些比较常见的地质灾害, 构建了相应的危险性评估体系, 希望能够更加全面的了解地质灾害带来的危害, 做好相应的预防工作。

1 地质灾害的相关概念

在多数情况下, 地质灾害是人为因素和自然因素共同作用的结果, 可以将其认定为自然灾害的一部分, 也可以划分为人为灾害的范畴。从某种意义上分析, 地质灾害可以算是一个社会性的问题, 已经逐渐成为影响和阻碍社会发展以及人民安居的重要因素之一。

对于地质灾害的应对不能单纯的进行预防、规避或者工程治理, 而是应该从一个更高的层次上, 提升人类群体的素质, 结合相应的政策法规, 对公众的行为进行约束, 通过对自然环境和地质环境的保护, 达到减少乃至避免地质灾害的目的[1]。

2 地质灾害空间危险性评价

2.1 明确评价步骤

通常来讲, 对于地质灾害空间危险性的评价, 可以按照以下步骤逐步展开:

1) 对需要研究的空间区域进行确定, 同时结合地质灾害的诱发因素、成因环境等, 对参与评价地质灾害危险性的因素进行筛选, 构建切实有效的指标体系。

2) 对区域内的各类图像资料进行收集和整理, 了解其地质地貌、气象水文等特征, 对历史地质灾害发生的频率和分布进行统计。

3) 通过野外勘查的方式, 对岩土样本进行采集, 结合室内试验分析样本的力学参数, 并对区域内植被的覆盖情况以及土地的利用情况进行整理, 绘制成图。

4) 合理选择比例尺, 对各类资料进行数字化处理, 构建不同致灾因子特征层。对致灾因子进行分级以及量化处理, 结合恰当的模型与方法, 赋予相应的权重系数, 从而将影响地质灾害活动的各种因素转化为能够进行量化对比的指标权重。

5) 结合不同的评价方法, 对地质灾害的危险性指标进行计算, 依照计算结果, 利用不同的颜色对研究区域的危险程度进行划分, 最终形成相应的地质灾害空间危险性区划图。

2.2 确定指标体系

在对评价指标体系进行构建时, 需要坚持几个基本原则, 即系统性原则、简明性原则、可操作性原则、分主次性原则以及地域差异性原则等, 以满足危险性分析的各种不同需要。

同时, 需要对地质灾害空间危险性的影响因素进行分析, 一是环境因素, 包括了地质构造、岩层性质、坡度、高程等;二是触发因素, 包括自然降水、人类活动以及地震影响;三是历史因素, 包括发生规模、发生频率和分布密度三个方面的内容。

这些指标因素都带有一定的普遍性, 在具体的区域内想要采集所有数据是非常困难的, 而且部分因素并不会起到显著作用, 因此在实际应用中应该结合具体情况, 选择数个相对典型的指标进行评价[2]。

选择评价指标后, 还需要对其进行分级和量化处理, 而考虑到量化后各种变量测量单位不一致的问题, 需要进一步采取无量纲化处理, 消除变量自身的量纲效应, 采用规格化、标准化、均匀化等数值变换方法, 对量纲进行统一后, 才能够带入到评价模型中。

2.3 选择评价方法

针对地质灾害空间危害性进行评价的方法种类很多, 不过都大同小异, 这里主要针对两种方法进行讨论:

2.3.1 直接作图法

这种方法是结合历史地质灾害事件的分布, 对灾害的风险进行明确, 并通过现场观察和分析, 确定灾害与地形地质的相互关联。在对灾害危险性空间分布图进行制作时, 灾害编目是最为直接的方法, 能够对研究区域内的历史灾害数据库进行编辑, 对各类资料和数据进行整理。另外一种作图法是定性图层叠加法, 需要对区域内的致灾因子进行确定, 同时结合地质灾害发生的环境, 对每一个致灾因子的权重进行明确, 通过对各个因子权重值的叠加, 获得相应的危险性分级指标。不过, 这种方法在确定致灾因子权重值方面存在着较大的困难。

2.3.2 非直接作图法

这种方法是针对多个致灾因子进行分析, 结合分析结果对历史灾害与地形条件之间的关系进行推导, 比较常见的方法, 一是多元统计分析法, 主要是针对区域内可能引发地质灾害的因素进行综合分析, 绘制相应的空间危害性分布图, 能够从宏观的角度对致灾因子与地质灾害的相互关系进行分析, 不过由于没有真实考虑单类地质灾害的成因, 因此在最终的评价结果上相对粗糙。二是人工神经网络模型, 主要是通过对人脑思维的模拟, 利用大量的神经元组建网络, 结合已知样本在网络中存储不同变量之间的非线性关系, 并以此为基础, 对未知样本进行分类和预测, 属于一种智能化的数据处理方法, 在实际应用方面有着其他方法难以超越的优势[3]。三是确定性法, 以确定的模型对相关数据进行分析, 一般用于较小区域内地形地质稳定性的计算, 明确相应的安全系数, 不过这种方法需要大量收集样本进行试验, 因此在成本投入上不占优势。

3 结语

总而言之, 地质灾害对于自然环境以及人类社会的危害是非常巨大的, 需要得到足够的重视, 通过切实有效的方法和手段, 对地质灾害的空间危险性进行评估, 并结合评估结果做好地质灾害的预防和治理工作, 减轻和消除地质灾害的影响。

参考文献

[1]谢翠明.基于GIS的公路地质灾害区域危险性评价与预测[D].中南大学, 2008.

[2]杜军, 杨青华, 严嘉, 薛重生.基于GIS与信息量模型的汶川次生地质灾害危险性评价[J].地球科学 (中国地质大学学报) , 2010, 35 (2) :324-330.

地质空间 第4篇

1、实习目的本次的野外地质实习针对北京大学地球与空间科学学院05级学生。

这是一次地质启蒙教育，是一次重要的认识实习，重点要理解基本的地质概念，了解基本知识，学会基本技能。通过短期的野外实习对地质学研究的主要内容和特点有一个比较全面的了解;通时通过实习巩固学过的《普通地质学》的课堂内容，加深对课程有关内容的理解;此外，通过实习培养对大自然的热爱，陶冶情操，提高对地质科学的兴趣;同时充分认识到地质实践对地质科学的重要性。

2、北京概况

北京位于华北平原的西北边缘，北接滦平、丰宁、赤县和承德等县;西临怀来、涿鹿等县;南临涞水、涿县、永清、固安、廊坊及天津市的武清等县、市;东与大厂、香河、三河、兴隆和天津市的蓟县为邻。东南是一块缓缓向渤海倾斜的平原，称北京平原，其形状很象一个向群山丛中突出的海湾，故有“北京湾”之称。北京城座落在北京湾的西南隅。

北京市南起北纬39度28分，北到北纬41度05分，西起东经115度25分，东至东经117度30分，南北横跨纬度1度37分，东西经度相间2度05分。北京地处中纬地带，气候具有明显的温暖带、半湿润大陆性季风气候。形成的带性植被类型为暖温带落叶阔叶林。

北京市地势西北高，东南低。西北部山脉绵延，山峰林立，其中海坨山海拔2334米，为全市最高点。地貌呈明显的层状结构，山区河流多为成型河谷，主要河流有永定河，潮白河，温榆河，洵河和拒马河。

北京有悠久的历史，很早就有人类居住，曾发现举世闻名的北京猿人化石和山顶洞人遗址。全市面积16807.8平方公里，辖九县十区，人口达1000多万，是仅次于上海的全国第二大城市，全国的政治、文化中心，也是全国的交通运输枢纽。

3、实习路线

本次实习共有五条路线。

6月25日:灰峪村口的采石场-->灰峪村北西向一山坡-->灰峪东山腰处-->灰峪东山梁处

及从军向北,向西远眺-->军庄火车站南,铁路剖面-->铁路隧道附近6月26日:军庄以西,永定河边的陈家庄-野溪附近-->下苇甸村西公路边-->河东铁路东面-->铁路隧道北口一带6月27日:昌平一号隧道-->龙山顶-->十三陵水库6月28日:房山区石花洞6月29号:周口店山口村东侧-->羊屎沟口-->东山口花岗岩采石场

附：交通位置图

二、地层

北京的地层发育比较齐全，除缺少震旦系、上奥陶统、志留系、泥盆系、下石炭统、三迭系及上白垩统外，其它地层都有发育，总厚度达六万米以上。

1、元古界

北京的元古界缺失下元古界，中上元古界分布很广。

元古界的特点是在古老变质岩系之上发育的第一个盖层，是一套巨厚的、完整的、没有变质的沉积岩系。底部下部岩性以碎屑岩(砾岩、砂岩、页岩)为主，夹有白云质灰岩及火山岩(安山岩、玄武岩)，中上部以化学岩(白云质灰岩、页岩等)为主，夹有少量的粉砂岩。

(1)青白口系(Zq)

[1]下马岭组(Zqx)

本组特点是浅海相灰色，、黑色、黄绿色粉砂岩——页岩组成频繁、明显的沉积韵律。岩性变化较稳定。沉积厚度116-458米，由东向西有逐渐增厚的趋势，青白口以北最厚。

[2]长龙山组(Zqc)

本组底部为含砾粗石石英砂岩;下中部为灰白色薄——厚层石英砂岩(局部为长石石英砂岩)，夹黄绿色页岩及粉砂岩，交错层理发育;上部为黄褐、灰绿色薄——中层含砾铁质石英砂岩及石英砂岩与粉砂岩互层含海绿石;顶部为暗紫、灰绿及黄绿色页岩。与下马岭组假整合在不同层位上。厚约20-191米。

[3]景儿峪组(Zqj)

本组底部为石英粗砂岩(含灰岩角砾)，呈现沉积间断特点;下部为灰色中至厚灰层岩或白云质灰岩;中部为黄绿色薄层泥灰岩或白云质泥灰岩夹灰色灰岩透镜体

;上部为灰白、灰黄、紫红、黄绿色薄层板状泥灰岩、白云质泥灰岩，致密细腻，具有泥质条带及缝合线构造。厚约76-204米。

2、下古生界

北京的下古生界岩性基本稳定，厚度不大，化石不够丰富，代表一种典型的稳定浅海沉积。本区只有寒武系和中、下奥陶统，而上奥陶统及志留系(与华北广大地区一样)都不存在。

下古生界主要岩性为砂岩、页岩、豹皮灰岩、泥质条带灰岩、竹叶状灰岩、鲕状灰岩和纯厚石灰岩等，总厚约1600余米。

(1)寒武系

下分三个统;

(1.1)下寒武统

[1]昌平组即府君山组

本组主要由豹皮灰岩、白云质灰岩及白云岩等碳酸盐岩石所组成。

岩性横向变化大，厚约13.5到95米。

[2]馒头——毛庄组

本组下部为角砾状泥灰岩，含角砾泥灰岩;中部为紫红色页岩夹砂质页岩，泥质白云岩与白灰质灰岩;上部为紫红色砂质页岩、页岩及绿色页岩，夹薄层细粒结晶灰岩。与昌平组(府君山组)为整合接触，但局部有沉积间断。厚约50-185米。

(1.2)中寒武统

[1]徐庄组

本组以鲕状灰岩为主，可划分为五个沉积韵律。每个韵律起始于细砂岩，经鲕状灰岩与细砂岩或泥质条带灰岩互层，到大量的巨厚层鲕状灰岩出现结束。厚约60-100米，与下浮地层整合接触。

[2]张夏祖

本组下部以泥质条带泥灰岩夹页岩为主，有部分鲕状灰岩，上部则以巨厚层鲕状灰岩为主，组成一个沉积旋回，其中下部又可细分为四个韵律，每个韵律起始于页岩，随之钙质增高，出现泥质条带泥灰岩与页岩互层，韵律之末，出现了鲕状灰岩与泥质条带灰岩互层。厚约33-267米。

(1.3)、上寒武统

[1]崮山组

本组下部为灰色泥质条带灰岩，鲕状灰岩，条带状结晶灰岩夹竹叶状灰岩。上部为紫红色粉砂纸条带灰岩、鲕状灰岩、结晶灰岩、泥质条带灰岩夹竹叶状灰岩及少许钙质粘土岩。厚约59米。

[2]长山组

以绿灰色泥灰岩、浅灰色泥质条带灰岩及竹叶状灰岩为主，下部有时夹少许灰绿色钙质粘土岩;底部为浅玫瑰色细晶白云岩夹竹叶状灰岩、竹叶状砾石，具有紫红色氧化圈。厚约29米。

[3]凤山组

本组上部为灰色中层含白云质灰岩、厚层泥质条带灰岩夹竹叶状灰岩及黑灰色薄板状灰岩;下部为灰色巨厚层泥质条带灰岩，局部含白云质，夹大量竹叶状灰岩，底部见紫红色含云母铁质条带。厚约79-97米。

(2)奥陶系

北京只有下奥陶统和中奥陶统，与华北广大地区一样都缺少上奥陶统。

(2.1)下奥陶统

下奥陶统与凤山组呈整体接触关系。

[1]冶里组

本组下部以浅灰、灰白色巨厚层细晶灰岩为主，其底部为花斑状白云石化微晶灰岩，上部为深灰、灰黑色中——厚层灰岩，夹浅黄色含白云质条纹灰岩、竹叶状灰岩及钙质灰岩。厚约46-93米。

[2]亮甲山组

本组下部为灰黑色厚层——巨厚层含燧石条带或团块灰岩夹中层泥质条纹灰岩、竹叶状灰岩及少量白云质灰岩、页岩;上部以灰黑色中层白云岩、含灰质白云岩、粘土质白云岩为主，普遍含燧石团块或燧石条带，其上多为玫瑰色燧石，其下多为黑色燧石，顶部白云岩局部为角砾状。厚约168-252米。

(2.2)中奥陶统

3、上古生界

北京的上古生界包括石炭统(本溪组)、上石炭统(太原组)、下二迭统(山西组、红庙岭组)、上二迭统(双泉组)组成。没有泥盆系和下石炭统。

(1)石炭系

你正在浏览的实习报告是北京大学地球与空间科学学院05级学生野外地质实习报告

(1.1)上石炭统

下杨家屯组(太原组)

本组属海陆交互相，以灰黑、黑色粉砂岩、页岩为主，夹有细砂岩、薄层泥灰岩1-2层。本组为主要含煤地层。厚约38-17

6米。

(2)二迭系

(2.1)下二迭统

山西组(中杨家屯组)

本组为陆相碎屑岩发育，下部主要为深灰色粉砂岩，灰色细砂岩夹灰黑色粘土岩、灰色硬砂岩及1-4层砾岩，砾岩中常含钙质结核。含薄煤层。厚约79-321米。

(2.2)上二迭统

双泉组

本组主要为灰绿、紫色凝灰质板岩和粉砂岩，中间常夹一层厚5-8米的灰白、绿灰色砾岩和砂岩。

4、中生界

北京的中生界没有三迭系，只有侏罗系和下白垩统。

(1)侏罗系

侏罗系中统

髫髻山组

以中性为主的火山熔岩及其集快岩、角砾岩与火山碎屑岩互层。与下伏地层九龙山组呈不整合或假整合接触，与九龙山以前地层均为不整合接触。厚约3000-4000米

附：各层的信手剖面图及素描图

三、岩浆作用及岩浆岩

北京的岩浆岩分布很广，在漫长的地质历史中，发生许多岩浆活动，包括各种形式的喷出活动和侵入活动。不同时期的岩浆岩成分不同，加上产状各异，使其岩浆岩不论从化学成分到矿物组成上，都有很大差异，因而形成了各种各样的岩浆岩。

1、侵入岩

根据岩体的接触关系、地质构造对岩浆岩的控制因素、岩体的变质程度等可将北京地区的岩浆侵入活动分为以下几个时期：

(1)早元古代

本期的侵入岩主要为超基性岩类和变质基性岩类。

超基性岩类中包括橄榄岩和辉石岩，多呈北东向小型岩体沿断裂带活片麻理侵入太古代的片麻岩中。

(2)中、晚元古代

本期的岩浆活动有侵入和喷出两类。侵入岩体只发现有斜长环斑花岗岩体、四合村辉岩和红石湾辉石岩等。

斜长石斑花岗岩体沿东西向基底断裂侵入密云群沙厂组的片麻岩中，与片麻理斜切。岩体东西向延长，为一北陡南缓，向南倾斜的不对陈岩脊。岩石的特点是具似斑状结构，钾长石斑晶为卵形，外面包围一圈更长石或中长石。岩体内有棱角状片岩捕虏体。岩体被三次侵入。第一次是斜长环斑角闪黑云母花岗岩，分布于岩体的西部，岩石呈灰色或暗灰色。第二次是斜长环斑黑云母花岗岩，为岩体的主要组成部分，岩石呈红色。第三次是中粒黑云母花岗岩，呈红色;中粒二云母花岗岩，呈米黄色;细粒花岗岩，呈浅色。

四合村辉石岩体：呈脉状侵入太古代密云群大漕组花岗片麻岩中。岩体主要由二辉岩和橄榄岩两个岩相带组成，但分异不好。岩石蚀变类型主要有蛇纹石化、滑石、蛭石化和绿泥石化等。

红石湾辉岩体侵入于太古代角闪斜长片麻岩及花岗质片麻岩中的超基性岩体。岩体可分为角闪单斜辉石岩、角闪二辉岩、角闪斜方辉石岩及橄榄辉石岩四个岩相。

2、喷出岩

(1)元古代的喷发岩体

属中、酸性火山熔岩及火山碎屑岩，呈古火山颈相及海底喷发组产出，以火山角砾岩、安山岩及凝灰岩为主。

(2)早侏罗世南大岭组玄武岩

是一套经多次喷溢活动形成的玄武质熔岩流。每一喷发层厚度5米至15米不等，但都有底部小杏仁构造带、中部致密块状带和顶部大杏仁构造带等，杏仁体主要为石英、玉髓、方斛石、蛋白石、绿帘石等。柱状节理发育，球状风化明显。

(3)中侏罗世髫髻山组火山岩

由一系列中性火山物质构成的砾岩、熔岩及火山碎屑岩互层组成。火山岩系得岩性和厚度变化都很大，岩石组成也较复杂，主要的有辉石安山岩、角闪安山岩及火山角砾岩等。

(4)晚侏罗世东岭台组火山岩

本组由一套酸性、中性及偏酸性岩类组成，主要以流纹岩、英安岩及粗面岩为主，并形成相应成分的火山角砾岩和凝灰岩。

四、变质作用与变质岩

主要介绍太古代及早元古代的变质作用。

1、太古届变质岩系

(1)密云群

>北京出露最早、变质最深的岩层，属于中深及深区域变质程度，岩性为各类片麻岩及麻粒岩，普遍受较强的混合岩化作用。

[1]沙厂组

岩性以角闪斜长片麻岩、黑云斜长片麻岩为主。混合岩化发育，主要为阴影状、条带状，其次为星占状。

[2]大漕组

岩性以黑云斜长片麻岩为主，夹大量花岗片麻岩，角闪斜长片麻岩、角山岩和斜长角闪岩等，且纵向和横向变化较稳定。

[3]阳坡地组

岩性以黑云斜长片麻岩、角斜片麻岩为主。纵向变化较大，横向变化较小。

密云群的三组从下到上，变质程度由深变浅、混合岩化由强到弱。各组段之间均为连续过渡的接触关系。

(2)张家坟群

为一套以片麻岩、片岩为主，下部含较多的石英岩、大理岩的浅变质岩石。属浅、中深区域变质

[1]石城组

岩性以黑云母石英片岩、黑云角闪斜长片麻岩、花岗片麻岩夹石英岩为主。

[2]椴树梁组

岩性以石英岩、大理岩为主，还夹有板岩和片岩，最底部的局部地点可见厚3至4米的底砾岩。

[3]山神庙组

岩性主要有为黑云母石英片岩，黑云母斜长石片麻岩及角闪斜长片麻岩。

[4]宋营子组

岩性以黑云母斜长片麻岩、黑云母角闪斜长片麻岩为主。

张家坟群变质程度浅，原岩成分由泥砂质——硅质——钙质——泥砂质——泥质，构成一大沉积旋回。反映当时地壳运动频繁，海水逐渐加深又逐渐变浅的沉积环境。

2、元古界变质岩系

元古界的特点是在古老变质岩系之上发育的第一个盖层，是一套巨厚的、完整的、没有变质的沉积岩系。底部下部岩性以碎屑岩(砾岩、砂岩、页岩)为主，夹有白云质灰岩及火山岩(安山岩、玄武岩)，中上部以化学岩(白云质灰岩、页岩等)为主，夹有少量的粉砂岩。

(1)长城系

下部以碎屑沉积岩为主，由石英岩、杂色页岩过渡到灰岩;中部为石英岩、硅质白云质灰岩夹安山熔岩及火山碎屑岩;上部为碳酸盐岩。

[1]常州沟组

主要由砾岩、长石石英砂岩及石英岩组成，五、地质构造

北京大地构造处于华北地台中部——燕山沉降带的西段。在漫长的地质历史中经过大幅下降接受巨厚沉积又产生剧烈的造山运动。伴随着地壳运动的发展，褶皱变动与断裂变动广泛发育。

1、灰峪向斜

2、龙山断层

3、昌平一号隧道两组剪节理

六、外动力地质作用

1、永定河上游河曲

2、石化洞

3、龙山风化

七、地质简史

1、太古代和早元古代

这是地壳最古老的一段历史。也是地壳活动最强烈的阶段，地球表面的岩石圈、水圈、大气圈已经形成。从岩相和地质构造可知，前期以巨大，急剧的沉降为主，整个地区被海水侵漫，接受了大量的沉积物，可能还有大量火山喷发物的堆积。而后期以显著的隆起占优势，伴随着沉积物受强烈的褶皱和断裂，大规模的岩浆侵入以及由于强烈的构造变动和岩浆活动而引起的显著变质作用和混合岩化、花岗岩化作用。结果形成褶皱的变质基地岩系。太古代末的一次运动之后，海底抬升为陆地，经受长期的风化剥蚀和夷平作用，因而北京缺失下元古界。到了早元古代末又发生过一次强烈的构造运动。地

你正在浏览的实习报告是北京大学地球与空间科学学院05级学生野外地质实习报告壳主要由各种片麻岩、混合岩、片岩和大理岩组成，形成了很多矿产。没有发现古生物化石遗迹。

2、中——晚元古代

这个时期以巨大的下降运动及早期局部地区伴随有海底火山喷发活动为特征，并形成很厚的海相沉积岩和局部的火山岩层。地质作用很少，岩浆活动微弱且范围不广。到万元古代末期没，北京和华北广大地区一起变为相对稳定的古陆。

生物界主要由微古植物和迭层石组成。化石成为鉴定地层的重要依据。

3、早古生代

寒武纪的生物大爆炸，海生无脊椎动物繁盛，各种化石得到大量保存。寒武纪至中奥陶世，大部分地区沉没于海底，形成了广阔而稳定的浅海，动物界飞速发展。地壳活动相对微弱，岩相比较稳定。早寒武世海侵开始，形成以泥质和碳酸盐为主的沉积。中奥陶世，海侵达最大规模，形成代表浅海相的由浅水至深水的碳酸盐岩相沉积。总之，海水由浅到深，沉积环境由动荡到比较宁静，依次形成紫红色页岩，鲕状、竹叶状及块状石灰岩、白云质石灰岩等沉积。

由于中奥陶世后，华北隆起，长期遭受剥蚀，因而缺失上奥陶统、志留系、泥盆系和下石炭统。

4、晚古生代

北京经过近一亿年的隆起和剥蚀，形成凹凸不平的地面，随后是中石炭世频繁的地壳升降运动，残积了铝铁及粗粒碎屑的沉积，继之海水侵浸大陆，形成粉砂质，泥质以至石灰质的沉积。一直到晚石炭世，均为海水时进时退的海陆交互相沉积。

石炭纪海中各种无脊椎动物发育。陆生植物大发展，森林密布。植物死后遗体被泥沙掩埋形成了煤。一直到早二迭世前期。到后期，气候变干，植物衰退，形成内陆盆地的碎屑沉积。

晚二迭世有微弱火山喷发，形成含火山碎屑以砂质为主的沉积。

石炭二迭纪是地质历史上第一个重要的造煤期。

5、中生代

三迭纪北京没有沉积。进入侏罗纪后，早侏罗世又是一个重要的造煤期。

侏罗世裸子植物达到繁盛，真蕨类仍十分繁荣。爬行动物发生。

北京经历了二迭纪末的构造变动后又经过三迭纪长期的剥蚀，进入早侏罗世，在低洼地区沉积了厚度不等的砂页岩相。地壳活动增强，有间断性的火山喷发。之后，形成了许多短陷盆地，盆地中接受了周围高地带来的泥沙、砾石，在潮湿而温暖的气候下又是一个利于植物大量繁殖的时期。这就是地质历史上第二次重要的造煤期。

进入晚侏罗世，在早期岩浆活动以酸性喷发为主，形成一套流纹岩、英安岩、流纹质火山碎屑岩夹安山岩等沉积物。

早白垩世，一方面断裂升降，一方面是酸性岩浆的大规模侵入活动。这是北京重要的内生成矿时期。

从zhong侏罗世到早白垩世期间曾发生不止一次构造变动，因为中上侏罗统之间，上侏罗统与下白垩统之间及下白垩统与上覆第三系之间的一系列角度不整合。这次构造形成了强烈的褶皱、断裂和大规模岩浆侵入岩体以及伴随构造变动而使北京大部分地区抬升，构成了今日山脉的雏形。

6、新生代

这个时期哺乳动物和被子植物大发展，构造变动很强烈。

我国现代的地貌轮廓在中生代末就基本定型。

第三纪末，北京地区普遍上升，在广大地区形成了侵蚀基准面。

第四纪地壳运动相对稳定，出现了人类。出现了著名的北京猿人，以及之后的山顶洞人。开始进入人类历史时期。

地质空间 第5篇

地下空间是指在岩层或土层中天然形成或经人工开发形成的空间。天然形成的地下空间包括在石灰岩山体中由于水的冲蚀作用而形成的天然溶洞,或土层中存在地下水的含水层;人工开挖的地下空间包括利用开采后废弃的矿坑和使用各种技术挖掘出来的空间。随着城市化水平的不断提高,城市规模的急剧扩大,现代城市空间与城市功能之间的各种矛盾日益尖锐起来,城市空间拥挤、交通堵塞、环境恶化、土地资源匮乏等“城市病”已在我国一些大城市出现,并在一定程度上制约了城市的可持续发展。城市地下空间资源作为城市的重要自然资源,在城市基础设施建设、民防工程建设、环境建设等方面具有重要意义。但根据我国大城市地下空间开发的经验,不合理[1,2]地下空间开发利用可导致严重的地质环境问题,主要包括地面变形、地面沉降、地下水污染、砂土液化等,还包括地下水疏干造成的地质灾害、打桩施工引发的工程环境影响以及岩土弃渣引起的地质灾害等。

1 国内外城市地下空间开发利用状况

1.1 国外状况

全世界开发利用地下空间比较成熟的地区当属西欧、北美和日本,从1863年英国伦敦建成世界上第一条地铁开始,西方发达国家对于地下空间的开发利用已有约150年的历史,进入20世纪90年代后,先进地区的地下空间开发利用无论从开发理念到开发规模都发生明显变化,主要发展趋势为综合化、分层化、深层化、城市交通地下化、市政公用管线隧道化等。

西欧:法国的巴黎1900年建设了第一条地铁,而近些年,巴黎的列阿莱地区[3]是旧城改造结合地下空间利用的典范,通过将商业、文娱、交通、体育等多种功能安排在地下超过20万平方米的地下综合体,使得地上原本交通拥堵的食品交易和批发中心改造成一个多功能公共活动绿地广场。德国的柏林1902年建设了第一条地铁,1994年起,德国联邦政府为提高城际轨道交通的效率、减少民众小汽车出行比率,对部分德国城市的“尽端式”火车站进行穿越式改造,以此为契机推动以可持续发展为导向的地下空间开发利用。

北美:美国纽约1865年建设是第一条地铁,20世纪 90年代以后,突出表现在城市地下、地上空间的立体三维合并,甚至拓展到与地面环境的紧密结合。以纽约“9·11事件”后世贸中心重建为代表,在地下一系列的地下步行道结合商业用途,连接世贸中心公交枢纽和周围的地铁线、塔楼和街区。加拿大多伦多的地下空间开发以其地下街“PATH”[4]闻名,地下街串连起许多百货商店、酒店、办公大楼、以及地铁站等,形成城市地下街道生活的PATH廊道系统。

日本:第一条地铁建成于1927年的东京,1955年[5,6]以后,随着大都市圈的人口集中以及与其相应的地铁、交通终点站、城市基础设施网的建设而扩大起来的。日本地下空间利用以(1)道路等公共空间的地下利用为中心;(2)地下利用的大深度化的不断发展;(3)共同沟等多个地下设施的共同化、综合化开发;(4)道路下面的空间用于商业性的地下街。其中,用于地下街[7]的方法在世界上处于领先地位,而作为引入民间资金进行公共空间整治的方法,对中国今后的城市地下空间利用具有极高的借鉴意义,值得深入研究。

1.2 国内状况

国内城市地下空间开发利用大致可以分三个阶段:(1)初级阶段,始于上世纪60 年代人民防空工程的建设,在“平战结合”方针的指导下,大量人防工程发挥着战备、社会和经济的综合效益,成为城市地下空间利用的重要组成部分。但从总体看,由于功能相对单一,数量相对较少,人防工程建设只能看作是城市地下空间开发利用的初级阶段。(2)发展阶段,国内正式商业用作地下空间开发始于改革开放之后。上海市为缓解城市交通矛盾,于1990年破土动工开建上海地铁1号线,1995年建成投入运营,2000年地铁2号线、明珠线一期相继投入运营,上海轨道交通至此一度在国内领先。北京于1965年开建地铁,第一期工程于1971年试运营,至2003 年,地铁总里程约95km,轨道交通网络初具雏形。(3)大规模开发利用阶段,进入新世纪,国内大规模开发利用地下空间主要随着国内汽车产业的兴起,全国城市地下空间开发利用大量的集中在民用建筑领域,尤其以地下车库开发为主。

宁波地下空间开发利用最早始于上世纪60年代的国防战备坑道,自2004年《宁波市城市地下空间专项规划》批准实施以来,利用规模不断扩大。目前,地下空间广泛应用于人防、市政、地下交通等。近几年调查表明,宁波市区地下空间开发利用用于地下交通比例相对较高(见表1)。

2 城市地下空间开发利用特征

(1)地下空间环境特征

地下空间具有隐蔽性、密闭性、稳同性、温度相对稳定性等特征,这些特征使地下空间与地上空间具有较强的互补性,但地下空间也具有明显不利的方面,如地下空间通风、采光条件较差,有害气体不易扩散,缺少自然光源,绿色植物不易移植,不适宜作为长期居住场所等。

(2)地下空间功能特征

从使用功能上,城市多数地面用地功能都可以在地下空间实现,有些则更适合地下空间,如:①人防和避难疏散,包括城市生命线设施;②市政基础设施,如原水、给水、排水、燃气、热力、电力、通信、垃圾、共同沟等管道。以及冷暖房、变电站、水厂、污水厂等设施;③交通设施,如轨道、车行道、人行通道,停车场库等;④公共服务设施,如地下商业街、文化娱乐设施、体育设施;⑤生产储藏设施,如动力厂、机械厂、物资库等;⑥其他,如地下室等。前三项为地下空间基本功能,公共服务功能则拓宽了地下空间的利用类型,具有广阔的发展前景,如地下商业街、滑冰场等。地下空间的功能特征与地上用地布局有着密切的联系,并对地下空间利用规划具有重要的指导意义。

(3)地下空间利用特征

不同地层的地下空间开发利用其功能也不相同,应按照所在城市的地质环境条件等因素,并参照有关规范要求进行功能适宜性开发。如国内深圳市[8],根据《深圳市地下空间资源规划》,地下空间大致可分为4个开发层次,各类用地、各层空间适宜的功能如表2所示。

地下空间的功能设计在地层分布上具有较大的差异性,这种差异性功能开发势必导致地下空间开发利用地质环境效应影响上也产生显著的不同。

3 地下空间开发利用地质环境效应分析

不利的地质环境条件限制了地下空间的利用,反过来,地下空间的不合理利用也会对地质环境造成影响。虽然现代工程措施可以极大克服诸多的不利地质条件限制,但是不利地质环境条件一方面增加建设投资,另一方面也难以保证地下空间在长期不良地质环境条件下的影响。地下空间开发利用应尽量减少不利地质条件的影响,特别是集中的、高强度的地下空间开发更应避免不利地质条件的影响。不良地质环境条件分布主要有:地面沉降灾害区、淤泥质或流沙分布区、海水入侵地区,湿陷性黄土分布区、地下溶洞分布区等;地下空间开发利用地质环境效应主要包括地面沉降、地下水保护、砂土液化等。

3.1 软土变形

软土具有高含水量、大孔隙比、低强度、高压缩性等不良工程地质性质,而且软土还具有低渗透性、触变性和流变性等不良工程特点,并在地下空间开发等工程建设中表现出不良工程地质现象。如影响基坑开挖边坡的稳定性、加大隧道工程的沉降变形、长期影响地下工程影响区域内的软土蠕变及地面变形等。

3.2 突涌和流沙

对于地下水位埋深较浅的地区,各种地下工程不但在施工过程中受到地下水的影响,而且建成后还将长期位于地下水位以下,消耗含水层储量并影响地下水固有流场。地下水位较高的地区开发利用地下工程或开挖基坑,开挖至坡底后,由于上部土体的卸载,坑底被承压水顶破而发生突涌、隆起的危险,易产生较为严重的工程事故。如在上海发生的地下工程事故中,隧道掘进和基坑开挖时的流沙、坍塌、滑坡、坑底涌土等地质灾害的发生,除与土性、施工方法、设计缺陷等有关外,地下水的作用不容忽视。

3.3 地面沉降

地下空间的开发利用易引起地面沉降问题,而地面沉降反过来同时又对地下空间的正常使用造成影响。由于地质环境条件在空间上的差异性,地面沉降在不同区段的表现并不一致,在沉降量与沉降速率及其沉降产生的层位等方面都不尽相同,导致沉降的差异性;另一方面,沉降发生的时间及其动态变化也不是均衡的,差异性沉降对工程正常运营带来影响甚大。因而考虑两者之间的相互关系,在地下空间开发利用的规划、设计与施工中加强地质条件的分析是极为必要的。

3.4 砂土液化

由于震动液化对地下空间开发利用的影响一般表现在工程建成以后,因此在地下空间规划和开发过程中,当地下结构如隧道、车站等位于液化土层上或穿越液化土层时,为保证地下结构物在运营过程中的安全和稳定,应对地基土的震动液化危害予以足够重视,设计时,必须根据结构物的特点和液化土层的液化程度、埋藏条件、厚度等采取必要的抗液化措施。

3.5 咸水入侵

沿海地区浅层普遍分布高矿化度咸水,大规模、大深度地下空间开发,深基坑地下水抽排,造成区域性咸水入侵。咸水入侵一方面使地下水水质恶化;另一方面腐蚀工程机械设备和混凝土结构,危害建(构)筑物结构安全,增加地下空间开发利用难度和成本。

3.6 黄土湿陷

黄土湿陷性造成的建筑物地基变形一般比较迅速且非常强烈,常常是正常压缩变形的数倍,有时甚至是数十倍,而且其变形速度也远比正常压密固结快得多。如果对黄土湿陷性重视不够或事先没有正确评估和有效消除地基的湿陷性,则地基受水浸湿后往往发生事故,使建筑物产生大幅度的沉降或者差异沉降,轻者造成建筑物开裂或倾斜,影响地下工程构筑物或地下管线的正常使用和安全,严重时甚至使建筑物完全破坏。

3.7 地面塌陷

岩溶分布广泛,主要是指以碳酸盐类为主的可溶性岩石,在地下水等的长期溶蚀下,产生一系列特殊的地质和地貌现象。岩溶地区本身环境地质问题复杂多样,危害程度亦千差万别,地下空间的大规模开发更加剧了岩溶塌陷等环境地质问题。必须高度重视岩溶分布地区地下空间开发利用的复杂性,首先影响地基的稳定性,其次岩溶塌陷、基础侵蚀等也严重威胁地下空间的安全性。

3.8 浅层气危害

浅层气对地下空间开发建设来说是一大地质灾害,对地下空间安全施工有严重的危害性,必须慎重对待。浅层气影响基础施工及工后建(构)筑物安全:(1)浅层气的成分主要为易燃的甲烷,极易酿成火灾事故;(2)当基础施工穿越时,浅层气会从孔内逸出,当压力差较大且逸出通道连续时,会出现强烈的井喷,造成塌孔、埋钻,甚至导致施工平台下陷,严重威胁施工人员的安全;(3)浅层气喷发导致土层剧烈扰动,土的强度急剧下降,进一步引发固结沉降,产生桩基负摩阻力。

4 地质环境效应防治对策

地质环境不仅是地下空间规划与开发的制约与影响因素,而且,地质环境又成为地下空间开发过程中的被改造的对象,地质环境不但在地下空间开发过程中受到影响和破坏,而且,建成后的地下构筑物更成为地质环境的一个组成部分,并将对地质环境产生长期的影响。

(1)强化地质环境基础调查

地质环境基础调查是一项先导性、基础性工作。通过查明区域地质环境条件,调查主要环境地质问题和地质灾害的类型与特征、成因机制、分布规律及其危害程度,分析地质环境系统演变的规律特征,评价其对人类生存环境的影响以及人类活动过程对地质环境的影响,预测地质环境的发展趋势,最后提出针对城市化建设、海洋经济发展等地下空间开发利用不同需求水平的地质环境防治对策。

(2)编制地下空间开发利用规划

地下空间开发利用规划必须充分考虑整体的地质构造、地层结构、地质构成,分析地质灾害的类型、分布、发生的历史和趋势,避免城市化建设、海洋经济发展等过程中地下空间开发利用造成地质环境的恶化,产生不可逆的危害。

(3)建立地质环境论证制度

地下空间开发必须重视地质环境基础调查工作,加强地下空间开发的地质环境分析研究,加强相关法规政策的制定。针对地下空间开发,实现从可行性论证阶段开始,可行性论证、规划、设计、施工、运营等全过程地质环境评价和论证,确保地质环境的科学利用、地质环境的保护及地质环境效应的避免。

(4)开展地质环境效应技术研究

紧紧围绕地质环境、地质工程及工程效应中存在的问题,开展全方位的现状调查、规律分析、机理研究、数字地下空间[9]等新技术开发工作,形成科学理论研究、技术试验开发、工程技术应用等良性循环的地质环境效应技术研究体系,进一步提升地质环境要素在保障城市化建设、海洋经济发展等地下空间开发利用中的作用,服务地质环境管理工作。

(5)加强地质环境监测

编制区域性地质环境监测规划,提高地质环境监测水平。在全面规划的基础上,有计划、有重点地扩大监测领域,特别是针对工程施工中的地质环境要素监测,应形成政府主导、部门参与的格局,并建立一套完备的地质环境监测管理体系,从项目立项、论证、规划、设计、施工、运营等全过程实施地质环境要素动态监测工作。

参考文献

[1]蔡向民,何静,白凌燕,刘鸿.北京市地下空间资源开发利用规划的地质问题[J].地下空间与工程学报,2010,6(6):1105～1111.

[2]官善友,朱锐,高振宇.地质条件对武汉市地下空间开发的影响及分区评价[J].工程勘察,2008,(9):6～10.

[3]范文莉.当代城市地下空间发展趋势——从附属使用到城市地下、地上空间一体化[J].国际城市规划,2007,22(6):53～57.

[4]崔曙平.国外地下空间开发利用的现状和趋势[J].城乡建设,2007,(6):68～71.

[5]岡田亨嗣.关于日本地下利用的状况[J].地下空间,2004,24(2):271～274.

[6]李小春,蒋宇静.日本的地下空间利用[J].岩石力学与工程学报,2004,23(z2):4770～4777.

[7]刘皆谊.日本地下街的崛起与发展经验探讨[J].国际城市规划,2007,22(6):47～52.

[8]刘桂禄,杨浪.城市地下空间开发利用特征及限制因素初探[J].城市规划学刊,2010,(z1):106～110.

地质空间 第6篇

1 系统功能简介

MAPGIS系统软件是具有国际先进水平的完整的地理信息系统, 是国土资源信息化工作中首选软件, 具有图形处理、库管理、空间分析、图像处理、实用服务等5大主要功能。根据地学信息来源多样、数据类型多、信息量庞大的特点, 该系统采用矢量和栅格数据混合的结构, 力求矢量数据与栅格数据形成一整体的同时, 又考虑栅格可以与矢量数据相对独立存在, 又可以作为矢量数据的属性, 以满足不同问题对矢量、栅格数据的要求。MAPGIS提供了数字化输入、扫描矢量化输入、GPS输入数据源的直接转换输入功能, 通过图形编辑及投影变换、误差校正等功能完成对数据的处理。数据库管理通过地图库、属性库和影像库管理等功能来实现。空间分析是通过矢量空间分析、图像分析等功能来完成。数据输出可以实现文本、图形、图像、报表等形式。

2 建库工作流程

利用MAPGIS软件建立地质图空间数据库大致分为以下几个阶段:

2.1 资料的收集与整理

完整、齐全而又有效的第一手资料是建立地质图空间数据库的前提, 也是对地质图空间数据进行空间分析的基础。因此, 要根据所选图幅, 全面收集有关资料 (包括图件、报告、数据、野外原始记录卡片、记录本等) , 以满足建库需求。同时对图件资料进行扫描, 扫描图件要进行精度检查, 如果扫描精度不符合要求, 则要进行重新扫描。

2.2 图形的矢量化及点线编辑

扫描图件后, 确定系统库及代码库, 按实体要素进行矢量化, 矢量化方式采用中心线跟踪矢量化。MAPGIS提供了全自动矢量化和交互式矢量化两种方式。由于地质图线划要素复杂, 线条间相互交割, 花纹、符号、注记繁多, 只能选择交互式矢量化。地质图内容一般包括地理要素、地质要素和图面整饰三部分, 根据GIS一般的分层原则又将三者分别划分为若干图层, 要求对图件内容进行分层矢量化。

在图形矢量化的基础上, 对点线进行编辑。图面的点线编辑要注意以下几个方面:一是图形数字化的方向, 水系数字化的方向一定要从上游到下游, 复杂线型如不整合线沿主线向前录入。二是图层数字化录入的顺序问题, 图形数字化既不能丢失也不能重复录入图形要素, 所有要素在一个综合图层中按一定的图层顺序进行数字化录入, 如按河流、海岸线─水库─断层─脉岩─地层─侵入岩体的顺序。

2.3 误差校正

在图形数字化的过程中, 由于手工操作的误差、数字化设备和扫描仪精度、原图图纸变形等因素, 使得输入的图形与理论上的图形位置会有一定的误差, 虽经编辑修改仍难达到要求, 必须经过误差校正, 消除误差, 才能满足精度要求。步骤如下:首先确定图形的控制点。误差校正的关键是控制点的选取。控制点的选取应尽量能覆盖全图, 而且均匀, 控制点的多少应根据实际情况, 若图件较大, 且要求精度较高, 选择的控制点就应多些。一般控制点为三角点、水准点和经纬网交点。图形中控制点的值有实际值和理论值之分。然后采集图形中控制点的实际值, 一般装入图形文件输入或直接在图上采集。采集理论值, 可以从键盘直接输入或从标准数据文件中采集。设置校正参数, 选择相应文件进行校正。最后检查校正文件的效果, 若仍未达到要求的精度, 仍需重新进行校正。

2.4 建立拓扑

对综合图层进行整体拓扑处理, 并进行拓扑错误检查, 如果发现拓扑错误应及时进行改正。所有的预处理工作认为做好了, 执行“拓扑重建”这个功能项, 系统随即自动构造生成区, 并建立拓扑关系。拓扑关系的处理是MAPGIS系统中重要及关键的一步, 是MAPGIS系统的核心, 只有拓扑处理进行的正确无误, 才能为接下来的工作打下良好基础。

2.5 属性编辑及录入

首先确定属性结构、字段长度及类型, 并以此为依据建立属性表, 根据图面内容及对应于文字报告的描述由地质专业的工作人员按照属性采集表对属性进行采集。由计算机操作人员进行属性数据的录入。在MAPGIS软件中, 可利用MAPGIS编辑系统提供的“根据参数附属性”等功能进行属性录入, 或在MAPGIS属性库编辑中录入。属性录入完成后将录入数据输出, 并与原始数据进行校对, 并进行不同人员两次以上校对, 进行错误检查, 及时纠正错误属性内容。此外, 还需进行图元和属性的一致性检查。对原图和属性表及属性库进行检查, 如果发现漏图元或属性紊乱则要进行重新处理。利用MAPGIS软件的属性联接功能通过图元ID号或图元参数的不同进行属性联结, 然后导出或打印输出属性表与原属性表进行对照检查, 确保属性与图元对应。

2.6 图面整饰

图面整饰主要是指在MAPGIS中对出图的整饰, 图面整饰原则上分两个图层, 即图内整饰图层和图外整饰图层。图面整饰图层要根据原图内容, 按有关区调图幅的出版格式和要求进行整饰。检查数据线划质量, 线划是否圆滑自然, 连续清晰, 线型和线划粗细设置是否符合图示要求。检查各要素符号是否正确, 尺寸是否符合图示要求。检查各要素关系是否合理, 是否有重叠压盖现象。检查各名称、注记是否正确, 位置是否合理, 指向是否合理, 字体是否符合规定。检查注记是否压盖重要地物或点状物。检查图面配置、图廓内外整饰是否符合规定, 是否美观等。

2.7 投影变换

MAPGIS的投影变换系统不仅可通过图框生成功能自动生成不同比例尺的标准图框, 还可以实现将图形数据从一个地图投影坐标系统转换到另一个投影坐标系统。在实际工作中, 我们可以根据需要将检查无误的数据进行投影变换, 转换成北京高斯、西安高斯、经纬度投影等等。

3 质量监控

常规编图的检查工作主要在图面上进行, 各类要素和内容、符号等都比较直观容易发现问题, 修改也比较方便;而采用数字化进行编绘时, 它融入了较高的科学成分, 所以必须有不同于常规编绘的检查方法。所以要求在地质图空间数据库建设数字化生产过程要建立完善的质量监控制度, 建立工作日志制度、自互检制度、抽检制度、阶段性检查制度以及专职质检员制度对数字化生产过程进行全程监督, 确保地质图空间数据库的完成质量。

4 结论

MAPGIS地理信息系统, 是一个功能强大的应用软件, 利用MAPGIS软件建立地质图空间数据库是一项细致而繁杂的系统工程。只要按照有关规范和原则, 并熟练掌握MAPGIS软件的相关功能操作, 我们就可以建立完整的、符合质量要求、具有参考利用价值的地质图空间数据库。

摘要：随着地理信息系统技术的不断发展, 使人们能够用数字化的信息表现现实世界, 成了勘探生产工作中的重要技术手段。本文简略地介绍了MAPGIS地理信息系统的基本功能, 着重阐述了利用MAPGIS软件建立地质图空间数据库的具体工作流程, 同时对质量监控提出相关意见。

关键词：地理信息系统,MAPGIS,地质图空间数据库

参考文献

[1]黄杏元, 马劲松, 汤勤等.地理信息系统概论[M].北京:高等教育出版社, 2001.12.

[2]吴秀丽等.在勘探数据生产中MAPGIS的应用技巧[J].测绘通报, 2004, 5.

浅谈煤矿地质测量中的空间信息系统 第7篇

1 煤矿地质测量空间信息系统的现状

在我国煤矿的生产中, 煤矿企业在开采地质时对工作条件的要求发生很大的变化。人工以及半人工的测量煤矿地质信息早就不能适应机械化和自动化的煤炭生产生产。所以煤矿企业需要强大的设计和经营数据, 也需要智能化的网络和计算机技术管理, 保障煤矿的安全生产以及预防地质事故。目前在我国煤矿地质测量初步建立了相应的空间信息系统, 具备了一定的编制地质测量资料功能, 但在内容上还不完善, 不足以达到国际的工作需求水平。

2 煤矿地质测量空间信息系统的内容

煤矿地质测量的空间信息系统, 是在煤矿地质测量流程和要求的基础上, 以煤矿地质测量所进行采掘的空间数据库为数据来源, 以煤矿建立的网络来帮助用户获取信息, 处理存储数据, 以及建立相应专业的模型库。煤矿地质测量的空间信息系统有三个层次:第一层是通过煤矿地质所测得的数据来实现对数据的录入与修改, 汇总与处理, 最终形成专业的表格和图纸;第二层次是通过网络环境来实现对地质测量数据的查询, 形成开放式数据接口;第三层次是通过对原始资料的编制为煤矿生产提供决策。

3 空间信息系统的关键技术

煤矿地质测量的空间信息系统相当复杂, 该系统的建立涉及的主要是管理和采集专业数据、研究如何自动生成专业图、建立模型等方面内容。

3.1 空间信息数据的采集

采集煤矿地质测量的空间信息所需要的手段有遥感, GPS, 数字摄影, 以及勘探和井下实测等。煤矿地质测量的基础数据库建立有三个方面:第一, 煤矿生产属于动态过程, 生产时有很大实测资料涌现, 所以就采用数据库来管理这些资料。数据库含有煤矿和水文地质以及测量采掘等信息。满足用户查询、录入以及统计数据的要求, 为计算机操作成图提供需要的数据接口。系统包括C-S和B-S两级管理模式。专业技术人员利用C-S模式对基础数据进行动态修改和维护, 管理部门的领导通过B-S模式访问数据库, 查询信息以及进行现场生产指导;第二是获取专业图纸中的数据是一个很重要的途径。目前经过多年的煤矿开采已经积累相当多的生产资料图纸, 所以可以从图纸中获取数据;第三是采用软件接口来获取数据。煤矿采用的软件是CAD以及Map GIS等, 这些软件绘制图纸并积累很大数据资料。煤矿地质测量的空间信息系统经过设置链接上述软件接口直接获得所需数据。

3.2 煤矿地质测量GIS平台的设计

煤矿地质测量的设计要求图形数据结构具有层次性, 这样描述方便以及便于管理, 设计时是针对抽象化的问题来建立简化的模型, 捕捉到问题的空间信息, 采用Windows消息驱动结构, 提高软件可操作性和稳定性, 以及代码的重用性和可维护性。

3.3 专业图纸的自动生成

煤矿从勘探到开采设计, 以及到生产所经历的过程都要依据地质测量的专业图纸, 是进行地质测量工作时的最终结果。煤矿的地质测量图纸主要有柱状类图、平面类和剖面类图。

3.3.1 柱状类图形

柱状类图是在地质测量工作中一种最规范的图纸, 说明性的描述了钻孔穿过地层和区域地层。在进行绘制时保持岩性符号岩层的说明文字协调, 还有考虑对柱状类图纸的格式定义。

3.3.2 平面类图形

平面类图形适用于点状标志, 文字注释以及区域边界等值线的表达。处理平面类图形的过程中要解决好很多的问题, 包括自动对应与动态修改、自动计算任意切剖面以及平面图的储量和损失量等问题。

3.3.3 剖面类图形

剖面类地质图的绘制是沿着勘探以及主要石门的方向, 图纸一定程度上反映该剖面的煤层、含水层、地层接线以及标志层的构造形态和位置, 是采掘设计, 计算储量以及勘探生产布置的基本资料。

4 煤矿地质测量空间信息系统的发展趋势

4.1 多源化的信息获取渠道

信息时代的发展增加了信息的获取渠道及手段, 使得煤矿地质测量空间信息的获取手段极其的丰富。从传统的单一钻探方法, 逐渐衍变成遥感、GPS以及地震勘探和矿井物探的立体勘探模式。获取的数据基于煤矿地质、水文地质以及采掘信息, 并且集合矿井和地面物探、瓦斯资料、地压等的地质信息, 以图、文、声、像的多媒体表现出来, 有极大的处理能力:首先是规范化的着力归纳现有的各类资料。其次是综合分析利用现有资料, 通过叠加多源信息来获取新信息, 对比分析后提高对实况的认识水平, 将地质资料认识水平达到质的飞跃, 有效提高对数据资料的深度利用, 开发对数据的处理和分析, 发掘潜在信息资源。最后是把地质的测量模型和经过分析处理的数据直接的展示给现场工作人员, 再结合现场经验和实际材料等, 科学分析判断地质条件。

4.2 高度集成的系统

数字矿井中心任务是精细化管理, 通过规范和标准的矿井技术来建立煤矿数据库, 包括三维地质模型、矿井地理信息以及矿井监测系统等。数字矿井以地质、技术计划设计和安全监测以及工艺监控等为管控目标, 实现对各矿井生产工艺和全系统的可控可查可优化, 实现决策调度人员随时的掌握矿井系统信息, 全面准确地进行矿井的安全生产经营。数字化矿井很大程度改变传统矿井生产方式, 提高生产效率, 提供强大进步动力, 优化资源配置, 促进企业的可持续发展。

4.3 智能化的决策支持

采煤设备是否适应开采的地质条件是一个煤矿业的普遍难题。机械化采煤对地质条件的要求非常的高, 也极大的要求了地质保障任务。所以采用煤矿地质测量的空间信息系统来分析数据, 依据高度仿真的模拟技术, 将各种灾害的分布、危险程度分区以及救灾措施等高效直接的显示电脑上面。通过对历史曲线的查看以及工作经验的结合, 就可以科学预测发展趋势, 科学指挥煤矿的开采, 消灭地质灾害的影响。同时还可以提高对显示的虚拟技术, 把观察者融入虚拟的开采系统, 使其身临其境, 了解各种方案的可行性和优劣性, 有效的指导减灾, 避免盲目的指挥操作应对。

5 结束语

煤矿地质测量空间信息系统, 保证了煤矿地质信息多源化的采集和智能化的网络管理, 必将是煤矿企业的一个地质测量的主要发展方向。

摘要：研究分析我国煤矿地质测量工作中的空间信息系统的内容和现状, 对其深入的进行研发, 希望可以指导煤矿地质的测量工作。

关键词：煤矿,地质测量,空间信息系统,现状研究

参考文献

[1]吴立新, 殷作如, 等.论21世纪的矿山一数字矿山[J].煤炭学报, 2000, (4) :337-342.[1]吴立新, 殷作如, 等.论21世纪的矿山一数字矿山[J].煤炭学报, 2000, (4) :337-342.

地质空间 第8篇

近年来, 信息技术在企业中的应用越来越广泛。目前, 煤矿企业信息化水平相对落后, 统一的信息化标准体系和共享机制还没有形成, 这就制约了煤矿企业的发展。煤矿开采技术水平的越来越高, 综采机械化程度越来越高, 这就对矿井开采的地质条件精细勘探提出了更高的要求。以往提交的煤矿地质勘探报告的资料已不能满足矿井生产的要求, 需要在采掘中利取先进的技术手段, 查明煤矿开采的详细地质条件, 从而保证煤矿生产安全和高效生产。因为我国煤矿地质条件非常复杂, 生产中经常受到各种地质因素的制约和影响, 包括断层、岩浆岩侵入、矿井水害、褶曲、煤层冲刷变薄带、岩溶陷落柱和煤尘与瓦斯突出等等, 对煤矿生产和安全造成严重影响。可见, 煤矿生产最重要的基础工作就是煤矿地质测量工作, 其主要是研究煤矿地质构造规律、发育特征等信息。信息技术能够对活跃的、动态的煤矿地质信息进行合理的分析和处理, 能够预防矿井重大灾害事故, 为采矿设计等决策部门提供基础数据和分析决策, 从而实现煤矿地质测量数据的自动化管理、生成煤矿地质测量各种基础图纸等。因此, 煤矿地质测量空间信息系统能够科学合理地对煤矿资源进行评价和科学开采及预测, 为进一步提高煤矿生产率起着至关重要的作用。

1 煤矿地质测量空间信息系统的内容和体系

结合煤矿地质测量的具体要求和流程, 煤矿地质测量空问信息系统的数据来源是以煤矿地质测量采掘空间数据库为基础, 通过煤矿内建立的在网络来实现各用户对数据的获取、更新、存储和处理数据、提取与分析信息, 建立各对应专业的图形库和模型库。一个煤矿地质测量空间信息系统通常由三个层次组成。第一层以测得的煤矿地质数据为中心, 能够实现数据的录入、查询、修改、汇总与处理, 形成生产必需的专业图纸和数据表格;第二层次是基于网络环境以实现通过Web查询与浏览煤矿地质的测量数据, 为其它软件提供开放式的数据接口;第三层次是基于原始资料及图纸编制的基础上为煤矿的安全生产提供决策依据。建立的煤矿地质测量空间系统框图如图1所示。

2 空间信息系统的关键技术

煤矿地质测量空间信息系统是一项复杂的系统。要建立这样的系统就要涉及专业基础数据的采集与管理、专业图约自动生成的算法研究、模型的建立与应用等方面内容。

2.1 煤矿地质测量空间信息数据的采集

煤矿地质测量空间信息的采集一般通过遥感、数字摄影、GPS (全球定位系统) , 勘探、井下实测等手段获取。在数据组织上一般通过3种途径来实现。

2.1.1 煤矿地质、测量、采掘等基础数据库的建立。

煤矿中的生产是一个活跃的、动态的过程, 在生产过程中涌现出大量的实测资料, 对煤矿生产进行管理是一种理想的选择就是数据库。数据库包含煤矿地质、水文地质、测量、采掘、储量等基本信息。在功能上要满足不同的用户对这些基础数据查询、录入、修改、统计、报表的要求, 且必须为计算机成图系统提供数据接口。系统可以采用基于C-S和B-S的两级管理模式。地质测量专业的技术人员通过C-S模式操作基础数据, 完成数据的动态修改与维护, 而对生产管理部门的主要领导则可以通过B-S模式来访问基础数据库中的数据, 查询相关信息, 对现场生产进行指导。2.1.2现有专业图纸中数据的获取。已经开采多年的煤矿积累了大量的生产资料和生产图纸。因此, 从现存煤矿生产图纸中获取数据就成了一项重要的途径。对现有图纸的认识除基础资料外, 还要受识图人专业知识的影响。通常扫描的图纸获得的数据要通过矢量化处理, 将其转换成矢量数据。2.1.3通过其它软件接口获取所需数据。煤矿经常用CAD、Maplnfo和Map GIS等通用软件绘制图纸, 积累了大量的基础数据资料。开发的煤矿地质测量空间信息系统设置了与上述其它软件的接口, 通过接口可以直接获得所需类型的数据。

2.2 煤矿地质测量GIS平台的设计

利用面向对象的软件开发方法OMT, 对要解决的问题进行抽象, 建立相应的简化模型, 全面地捕捉问题空间的信息。在设计煤矿地质测量GIS平台中, 理想的选择就是具有层次结构的图形数据结构, 它不但描述方便, 而且便于管理。图形数据结构中的各个对象都由其成员数据和作用于成员数据的操作构成, 面向对象技术和Windows的消息驱动结构的采用使得软件开发有了一个根本性的飞跃。对象的封装性和继承性大大地提高了软件的模块化、可操作性、稳定性、代码的可重用性及可维护性。

2.3 专业图纸的自动生成

从煤矿的勘探、开采设计到生产, 设计、生产的基础资料和依据为地质测量图纸, 也是地质测量工作的最终成果。一般使用的图纸有柱状类图、剖面类图和平面类图。

2.3.1 柱状类图纸的处理。

柱状类图是地质图纸中最规范的一种, 其是对钻孔穿过地层或区域地层的说明性描述。绘制柱状类图时要注意岩性符号、地层系统与岩层的说明文字及各栏之间的关系协调。另外, 要考虑柱:次类图纸格式定义。2.3.2剖面类图形的处理。剖面类地质图是沿勘探和主要石门方向进行切绘, 图纸基本反映出了该剖面上的煤层、地层界线、含水层和标志层的位置和构造形态及与井巷问的关系。它是分析和研究煤矿地质构造、编制综合地质图纸、进行采掘设计、储量计算和布置勘探生产工程的基础资料, 也是煤矿地质工作的三大基本图纸之一。2.3.3平面类图形的处理。点状标志、区域边界等值线、文字标注等通常使用平面类图来表达。在平面类图形的处理过程中, 要解决自动生成复杂地质条件下TIN、自动对应与动态修改平面与剖面、自动计算任意切剖面、平面图上储量与损失量、自动延伸掘工程平面图上的巷道和自动处理巷道空间交叉关系等。

3 煤矿地质测量空间信息系统今后的发展趋势

随着数字摄影、CPS、遥感及三维地震勘探矿井物探、地面物探等各种先进测量技术在煤矿中不断应用, 煤矿地质测量空间信息数据也在不断完善。在煤矿地质、测量、水文地质和采掘信息为基础, 尽可能多地有机融入了矿井物探、测井、瓦斯、地压等多源地质信息。通过图、文、像、声音等多媒体特点, 对这些多源信息进行分析和处理, 计算机信息处理技术具有非常大的优势。Intranet技术可以实现煤矿地质测量空间信息的系统网络化、快速化, 能够实现地质测量数据与图形的实时网络查询和管理。此外, 支持决策的智能化和系统的集成化也是煤矿地质测量空间信息系统必然的发展方向。

4 结论

通过分析和讨论煤矿地质测量工作在煤矿中的地位, 结合目前最新的计算机技术来对信息的获取、分析、处理、存储和发布等进行研究, 建立了煤矿地质测量空间信息系统, 得到了煤矿地质测量信息采集的多源化、决策支持的智能化、管理的网络化及与其它系统的集成, 这是煤矿地质测量空间信息系统今后发展的大方向。

摘要：分析了煤矿地质测量的地位及空间信息系统的技术特点, 在煤矿地质测量过程中引入空间信息系统, 搭建了煤矿地质测量空间信息系统总体框架, 研究了煤矿地质测量空间信息系统的关键技术及其主要内容, 并讨论了煤矿地质测量空间信息系统的发展趋势, 为我国煤矿地质测量提供了一种先进的方法。

关键词：空间信息系统,煤矿,地质测量

参考文献

[1]姜在炳.煤矿地质测量空间信息系统及其发展趋势[J].煤田地质与勘探, 2005, (4) :8-10.

地质空间 第9篇

火灾的燃烧产物非常复杂, 但火场参变量既有一定的随机性, 在空间分布上又具有某种相关性, 故可用地质统计学方法研究其空间变异性。众所周知, 火场氧浓度降低、大量烟气遮挡视线和吸入毒性气体是造成火灾中人员无法逃生而窒息死亡的三大主要因素。故笔者以火场烟气中CO体积分数为例, 用地质统计学方法对其空间变化形态进行研究。

1 地质统计学基本原理

1.1 区域化变量

地质统计学主要的研究对象是一些与空间位置有关并体现着随机性和结构性的变量, 在地质统计学中这些变量被称为区域化变量。即以空间点x的三个直角坐标xu, xv, xw为自变量的随机场Z (xu, xv, xw;ω) =Z (x) 为一个区域化变量, Z (x) 的具体含义视场合而定。当Z (x) 代表某种变量时, 一方面当空间一点x固定后, Z (x) 是不确定的, 可看成是一个随机变量, 这就体现了其随机性;另一方面, 在空间两个不同点x和x+h处的变量Z (x) 与Z (x+h) 又具有某种程度的自相关性。故区域化变量同时反映了空间变量的结构性和随机性。

1.2 变差函数

1.2.1 变差函数的定义

地质统计学中将区域化变量Z (x) 在x, x+h两点处的值之差的方差之半定义为Z (x) 在x方向上的变差函数, 记为γ (x, h) , 见式 (1) :

undefined

当区域化变量满足二阶平稳假设或本征假设时, Z (x) 的变差函数就变成了只依赖于h而与x无关的函数, 简记为γ (h) , 见式 (2) :

undefined

1.2.2 实验变差函数

由数理统计知识可知, 变差函数可以转化为将[Z (x) -Z (x+h) ]2离散后求其均值, 此时求得的变差函数称为实验变差函数, 见式 (3) :

undefined (3)

式中:Z (xi) 为i点上的观测值;Z (xi+h) 为与i点距离为h的点的观测值;h为两观测点之间距离, 称为滞后距;N (h) 为相距为h的点对的数目。

实验变差函数具有方向性, 按照某一方向取滞后距, 可得该方向上的实验变差函数。不同大小的滞后距h对应不同的变差函数值。可见, 实验变差函数γ* (h) 就是用某一个域内有限的观测点数据构造变差函数γ (h) 的估计值, 根据式 (3) 可以对已知观测点的区域化变量的变差函数做出估计。

1.2.3 理论变差函数

为估计未知点的区域化变量的变差函数值, 求出实验变差函数后可拟合理论变差函数模型, 由此估计其他点区域化变量的变差函数值。通常拟合变差函数的模型有多种, 其中最常用的一种球状模型, 数学表达式见式 (4) :

undefined

式中:a为变程;C0为块金值;C为拱高值;C0+C为基台值。

球状模型变差函数见图1。变程a反映了区域化变量的影响范围, 当h>a时变差函数不再单调增加, 说明变量的变化性与距离无关了。 基台值C0+C反映了变量变化性的大小, 块金值C0反映了变量连续性的优劣。

1.3 克立格估值

在地质统计学中采用克立格法对区域化变量进行估值。克立格法是根据待估样本点的有限邻域内若干已测定的样本点数据, 考虑了样本点的形状、大小和空间相互位置关系, 与待估样本点的相互空间位置关系, 以及变差函数提供的结构信息, 对待估样本点值进行的一种线性无偏最优估计。克立格估值有多种类型, 其中常用的是普通克立格估值法, 线性估计式见式 (5) 。

undefined (5)

式中:Zi为观测点上的观测值;Zv*为待估点上的估计值;λi为权系数。

克立格估值条件为: (1) 无偏性条件, 即E (Zv*-Zv) =0; (2) 方差最小性条件, 即满足Var (Zv*-Zv) 2最小。其中Zv为待估点上的真实值。根据上述两条件导出求克立格估值权系数λi的方程组, 简称为克立格方程组, 表达式见式 (6) :

undefined

式中:xv为待估点的坐标, γ (xi, xj) 为观测点i与j之间的变差函数值, γ (xj, xv) 为观测点j与待估点之间的变差函数值, μ为拉格朗日乘数。

解上述方程组可得到克立格估值权系数λi。

2 火场参数空间分布规律模拟

2.1 FDS模拟火灾场景

火灾房间的室内净空尺寸 (长宽高) 为6 m4 m3 m, 两侧长边墙上分别设有门和窗, 火源在地板上的位置如图2所示。该例中以房间起火后某一特定时间段, 距离地板2.1 m高度处的烟气中CO体积分数为研究对象, 视该高度平面内CO体积分数为区域化变量, 研究该参数在二维空间内的分布趋势。

首先, 由FDS模拟软件计算该平面内CO的体积分数, 并将该平面划分为0.2 m0.2 m的网格, 将FDS模拟的网格点上的CO体积分数绘成三维立体图, 见图3所示。

在该平面内选取22个点作为观测数据点 (分布图见图4) , 由这22个点上的数据进行克立格估值计算, 得出0.2 m0.2 m的网格点上的CO体积分数估值。

2.2 地质统计学计算过程

2.2.1 计算变差函数

首先根据上述FDS模拟的22个点上的CO体积分数值, 运用式 (3) 计算实验变差函数值。笔者分别对u方向和v方向计算了实验变差函数, 运用最小二乘法将实验变差函数拟合成理论变差函数模型, 得到两个方向上的理论变差函数模型的参数, 见表1。

由表1可知, CO体积分数在u方向3.357 m距离内空间相关性较好, 在v方向上2.335 m距离内是空间相关的。v方向的变程比u方向的变程小, 这说明v方向的相关性不如u方向的好。两个方向的块金值都为零, 这反映了CO体积分数在整个区域连续性较好。v方向的基台值C0+C为0.132 m, u方向的基台值为0.077 m, v方向比u方向的基台值大表明v方向的变化幅度比u方向的变化幅度大。由于本例中房间的门窗洞口在长边 (u方向) 墙上, v方向的通风情况较好, 故v方向CO体积分数变化性较u方向大, 此结论与上述计算结果吻合。

2.2.2 普通克立格估值

运用克立格方程组对上述0.2 m0.2 m的网格每个网格点的CO体积分数值进行克立格估值。计算步骤为:在建立理论变差函数的基础上, 用式 (6) 给出的克立格方程组, 计算克立格估值权系数λi, 并将λi带入式 (5) 计算得出克立格估计值。由克立格估值结果绘出的CO体积分数三维立体图, 如图5所示。

将图5表示的估值结果与图4的模拟结果对比分析可以看到, 普通克立格方法估值的精度是比较高的。上述三维立体图可直观显示CO体积分数的空间变化形态, 由图5可以看出, 在火源附近CO体积分数突然增大, 靠近门、窗口附近CO体积分数有所增加, 可见由克立格估值模拟的CO体积分数空间分布特征比较符合实际的火灾场景。

3 结论与展望

(1) 变差函数模型或参数能够反映变量的空间变化特性。由表1可知, CO体积分数在空间分布上存在相关性, v方向的变程比u方向小, 且v方向的基台值比u方向大, 这说明v方向的变化性比u方向的变化性大 (因为v方向有门窗通风口) ;两个方向的块金值都为零, 这反映了在整个研究区域内变量的连续性较好。

(2) 克立格估值是一种最小方差线性无偏估计。由于文章篇幅所限, 笔者将FDS模拟的网格点CO体积分数数据与克立格估值结果数据的差别以三维立体图的形式进行对比。对比分析图4和图5可知, 克立格方法估值的精度是比较高的。此外, 克立格估值既能给出区域化变量的最优估计值, 又能给出估计方差, 这种特性是其它任何一种估计方法所没有的。

(3) 地质统计学是模拟与空间位置有关的变量空间变化规律的有效工具和方法。根据有限个采样点上的数据, 借助变差函数的结构特点, 对未采样点的区域化变量的取值进行最优估计。因而用地质统计学方法来研究火场参变量的空间变异性, 可以定量地揭示其在空间不同方向上的变化规律。同时, 它不仅可以进行变量的整体估计, 还可以进行变量的局部估计。

(4) 地质统计学在消防工程领域的应用前景广阔。地质统计学是研究具有结构性和随机性的空间分布数据的有效工具, 除了笔者列举的CO体积分数外, 诸如火灾烟气的温度、危险化学品储存及易燃易爆场所可燃气体的浓度等, 都可以看作区域化变量。用地质统计学方法定量分析这些变量的空间分布形态, 可为消防工程设计及监督检查人员提供参考信息或决策依据。此外, 近年来地质统计学的研究范围也从空间分析扩展到时间分析, 产生了时间域上的地质统计学, 这将为其在消防领域内的应用提供更广阔的前景。

参考文献

[1]侯景儒.实用地质统计学[M].北京:地质出版社, 1998.

[2]张仁铎.空间变异理论及应用[M].北京:科学出版社, 2005.

[3]孙洪泉, 陆国桢, 邵玉宏, 等.判别分析法在矿井地质构造预测中的应用[J].煤炭学报, 1996, 21 (5) :455-458.

[4]邢红星, 琚太忠, 林建阳.普通克里格法在矿产储量计算中的应用[J].地质与勘探, 1997, 33 (4) :46-51.