原标题：欧美国家地质填图的理念、管理与战略
撰文丨刘凤山 胡道功
（此文2009年10月刊发于《地质通报》）
摘要：
欧美国家地质填图历史悠久，地质填图一直被各国地调机构视为一项十分重要的工作。从其发展规律、理念、管理与战略几个方面探讨了欧美国家地质填图的主要特点，认为欧美国家地质填图的核心理念200年来没有改变，其经验值得学习借鉴。
新中国成立以来，中国参照前苏联的做法，结合地质找矿实践，形成了一套地质填图的技术标准规范，为推进区域地质调查做出了历史性的贡献。改革开放以来，特别是中国地质调查局成立以来，随着与欧美国家（欧美国家：中文中有多个含义，本文中大致指西方的主要工业化国家。欧美国家地质填图起步早，影响广，国家多，代表了世界地质填图的主流方向）地质调查机构国际交流的日益深入，人们越来越认识到中国与欧美国家的地质填图有明显的不同，欧美国家地质填图的经验是否能应用到中国的地质填图中，一直是人们怀疑、争论的焦点。
2007年根据中国地质调查局领导的指示，笔者开始在青海昆仑山地区开展1∶25万和1∶5万地质填图试点工作，目的是探索欧美国家地质填图方式的可行性。试点区位于青藏高原东昆仑造山带，行政区划属格尔木市、都兰县和曲麻莱县，地质填图范围为卡巴纽尔多1∶25万图幅的范围，地理坐标为北纬35°00′~36°00′、东经94°30′~96°00′（图1）。试点区的选择基于3点理由，一是试点区周边刚刚完成了1∶25万地质填图工作，局部也有1∶5万地质图，利于对比分析；二是试点区属于东昆仑造山带，地质构造、地层、岩石等地质科学问题较多，利于提出地质科学目标；三是试点区分布许多矿床、矿点、矿化点，利于提出应用目标。
图1 东昆仑造山带地质填图试点区示意图
通过2年多的室内资料收集和野外地质填图工作，特别是和美国地质调查局地质填图专家Patrick J. Barosh教授一起进行地质填图，对欧美国家的地质填图有了更深入的体会。在开展地质找矿改革发展大讨论之际，将我们的体会形成本文及其后的2篇文章，仅供广大同仁参考。
一、地质填图的基本概念及发展规律
地质图（geologic map）是用不同颜色和符号显示某个地区地表岩石或沉积物的分布、形状、组分、结构、形成时代等的图件。地质填图（geologic map-ping）是在野外实地观察研究的基础上，按一定比例尺将各种地质体和地质现象填绘在地理底图上构成地质图的工作过程。
地质图、地质填图有狭义概念和广义概念之分，在欧美国家普遍采用的是广义概念。美国地质调查局2007年4月发布的《美国全国合作地质填图计划2007—2011年规划》中明确指出，本规划中使用的术语“地质图”是广义的和兼容的，不仅仅指传统的纸质地质图，也包括对特定地区沉积、构造史的文字描述，地球表面以下的岩石横剖面，依据充分的古生物和同位素测年的相关图表等，还包括新的数字化产品①。根据应用方向，可以细分为矿产、能源、地下水、生态、地震、滑坡、泥石流、火山、岩溶、矿山下陷、气候变化、洪水、氡气、地质公园等地质图。可以说美国的地质图、地质填图的概念囊括了方方面面。另外，在欧美国家，至少在英语国家中地质填图包括大中小各种比例尺的填图工作，也包括中文中的“地质编图”或“编图”的概念。
地质填图工作的发展因工业、社会和技术的发生、发展而发展。
1.1地质填图因矿业需求而产生
从1760年开始，英国发生了工业革命，对煤炭、铁矿石等资源的需求增加，随之诞生了现代矿业、地质学和世界上第一张地质图。1815年，被称为英国地质学之父的威廉·史密斯（Willian Smith）在《变化了的世界（Changed the World）》一书中附了一张包含英格兰、威尔士和南苏格兰的地质图（比例尺为1英寸∶5英里，约1∶31.7万），图中引人注目地标绘出岩石、煤矿和金属矿山的分布。这就是著名的“史密斯1815年地质图”，它是世界上第一张地质图，是直接为矿业服务的②。
19世纪西方国家进入工业化高峰期，对煤炭、铁矿石等资源的需求剧增，法国（1825年）、英国（1835年）、加拿大（1842年）、西班牙（1849年）、印度（1851年）、德国（1873年）、巴西（1875年）、美国（1879年）等国纷纷成立国家地质调查机构，开始对本国的国土进行大面积的地质调查，直接目的是了解有用矿物的分布，为国家矿业的发展提供资源支持。各国地质填图蓬勃开展起来，并相继出版印刷了地质图，如加拿大1863年出版第一幅地质图（比例尺为1英寸∶25英里,约为1∶158.4万）和报告《加拿大地质》；美国1894年印刷第一幅标准图幅的地质图(比例尺为1∶2.4万)，到1904年美国地质调查局成立25周年之际，已有106幅标准图幅的地质图；印度1858—1860年期间印刷了第一幅地质图（比例尺为1英寸∶1英里,约为1∶6.3万），是由Wilson W L完成的Ranigunj煤田地质图。
1.2地质填图因社会需要而发展
20世纪中期之前，随着工业化的推进，现代产业体系逐步形成，社会对地质工作的需求迅速增加，在仍然以满足矿业需求为主导的前提下，地质工作出现了为多种产业服务的格局。20世纪中后期，社会经济发展对地质工作的需求日益多样化，为适应城市、农业、环境、军事、旅游等对地质工作的需求，地质工作领域得到进一步拓展,相应的地质填图更专业化、更系统化。经过近200年的发展，欧美国家已形成了包括各种比例尺、覆盖各种专业的地质图系列。到目前为止，基本完成了中小比例尺（1∶100万、1∶50万、1∶25万或1∶20万）的地质填图，国土面积较小的英国、法国、德国等国家大比例尺（1∶10万、1∶5万）地质填图也基本完成。
1.3地质填图因技术发展而变革
近200年来，技术发展使欧美国家的地质填图发生了3次重大变革。
由于测绘技术的发展，系列标准地形图成为现实，迫使地质填图相应地发生改变。如历史上英国地质调查局使用手绘彩色或印刷彩色地质图和说明书，但系列标准地形图的出现，使英国地质调查局不得不决定印刷的地质图比例尺是1英寸∶1英里（约1∶6.3万）、地质图要形成一个国家的标准系列、在不同图上相同的岩石类型和岩石单元颜色应该一致[1]。
由于航空航天技术的发展，卫片和航片广泛地应用到地质填图中，给地质填图人员增加了新的工作条件，使快速地质填图成为可能。加拿大在20世纪50年代利用航片、卫片和直升飞机，极大地提高了地质填图的效率，到70年代已完成了航片水平上的基岩地质图。加拿大地质调查局主任地质学家Clifford Lord曾在报告中指出，在短短的6年（1952—1958年）内就完成了约加拿大面积一半的填图工作，若按以前的填图效率则需要110年才能填完③。
计算机技术的发展使地质图件编制和印刷发生了巨大的变革，地质图件由纸质变为数据库建设和数字图生产。早在20世纪60年代晚期,英国地质调查局就已经认识到这场变革的重要性，成立了计算机委员会，开始着手制定相关的技术标准。到目前为止，欧美国家都制定了完善的标准体系。例如在能广泛接受的标准基础上，美国采用3种机制促进地质填图的数据开发与协作，一是在1992年国家地质填图法案中制定了国家地质图数据库（NGMDB）标准，二是联邦地形数据委员会（FGDC）通过其地质数据分委员会在联邦水平上支持地质数据管理标准的开发，三是美国地质学家联合会（AASG）组成数字地质图委员会，和NGMDB、FGDC一起开发各州地质调查局的数据标准。
另外，计算机技术的发展使野外数字地质填图成为可能，但欧美国家并没有广泛应用。如加拿大早在1989年Brodaric等就开发成功了“野外记录”（Field-log）野外地质填图系统，从1991年开始应用到加拿大区域地质填图和快速数字地质图的生产中。仅1998—1999年通过英特网下载该软件就达170次，其中工业部门69次（国内46次，国外23次），政府部门28次（国内19次，国外9次）④。但到目前加拿大地质填图并没有全部采用这一数字地质填图系统。
二、地质填图的理念
地质填图是地质工作的一项重要的基础性工作，其成果服务于国土资源管理、国家经济建设、社会发展等方方面面。从地质填图的发展规律和欧美国家地质调查机构的演变、发展来看，地质填图的核心理念近200年来没有改变。
2.1地质填图是地质调查机构的重要工作
查阅欧美国家地质调查机构的地质填图历史[1-6]①-⑥可以看出，欧美国家地质调查机构一直把地质填图作为重要的工作之一。如美国地质调查局1879年成立时，其任务是“国内公共土地分级和地质构造、矿产资源、矿产品勘查”，成果要用地质图来表示。历经130年，美国地质调查局的任务多次调整，但地质填图仍然是其重要的工作之一，1992年国家地质填图法案再次肯定了其地位，2007年4月美国地质调查局发布了《美国全国地质填图计划2007—2011年规划》，进一步明确了未来5年地质填图的总体目标、具体目标和部分优先项目。英国国土面积小，英国地质调查局成立又早（1835年），大中小比例尺的地质填图工作均已完成，但英国地质调查局仍然把地质填图作为重要的工作之一。在2005年6月发布的《英国地质调查局战略科学计划（2005—2010年）》中包括了八大科学主题，但核心是英国大陆三维地质填图。
2.2地质填图是人们认识地球的重要方式
欧美国家一直认为地质填图是他们认识地球历史的重要方式，地质填图从早期的为矿产资源服务扩大到现在的为地下水质量、数量，地震，火山，滑坡，洪灾，能源、固体矿产，城市发展等服务。
地质填图和详细的野外地质工作是解决地质科学问题最重要的手段，地质填图和地质科学研究密不可分。一方面，地质图的质量直接受填图者的科学水平的影响，在露头不好、构造复杂的地区尤为如此。主要的地质科学问题在项目立项时已经明确，在填图过程中就会有目的地去解决。另一方面，地质填图是收集野外资料的最有效最可靠的途径，只有通过地质填图才能掌握第一手资料。自1830年英国地质学家查尔斯·莱伊尔（Charles Lyell）出版的《地质学原理》一书奠定了现代地质学的基础以来，许许多多重要的地质概念、假说、理论都是通过地质填图而提出的，如美国学者James Hall在阿巴拉契亚山脉北部地质填图的基础上，于1859年提出了“地槽”的概念。
2.3地质填图是培养青年地质学家的重要途径
欧美国家普遍重视吸收学生参加地质填图。英国地质调查局不仅有地质填图训练内容，还有学生的独立填图计划。美国1992年实施的国家合作地质填图计划（NCGMP）中专门设立了教学填图项目（EDMAP），到2007年已有130多所美国大学参加，培训和指导了600多名地质填图专业人才，向地学领域输送了新生力量。加拿大1991年开始实施的国家地质填图项目（NATMAP）中也把大学作为重要参加单位之一，项目的主要目标之一就是给学生提供训练机会，鼓励学生参与地质填图项目。
学生参加地质填图工作，培养了年轻的地质人才，也祢补了地质调查机构人手不足的问题，更重要的是，学生的指导教授的参与提高了学术水平，增加了多学科结合和合作的机会。
三、地质填图的管理
欧美国家的地质填图管理有“重两头、放过程”的特点。
3.1重视立项
欧美国家地质填图项目的立项和其他项目一样程序复杂、时间较长。如美国地质调查局一般从当年3月份到次年的8月份，历时一年半时间。每年3月份，总统预算管理办公室向政府各行政主管部门提出要求，开始组织编制下一年度的经费预算，确认他们现有项目预算的执行情况和计划的变更，并提出新的项目预算计划；3—6月，美国地质调查局项目计划与协调办公室按照内政部的要求向各个业务部门下达编制项目预算计划的要求；6—12月,局长办公室组织专家委员会负责审议各业务部门提出的项目建议，再在局内进行统一排队，然后由局长作出决定，提交局预算办公室编制经费预算，报内政部；次年1月，总统向国会提交预算说明书，接受国会审查；次年3—6月国会将总统提交的预算说明书分给各个委员会。国会批准预算后，把批准的预算单返回给总统同意和签字，总统同意后，则于次年10月1日开始执行新的财政年度的项目预算⑧。
3.2放手过程
欧美国家在地质调查规范中普遍没有野外调查路线、测线布置和长度的要求，项目实施过程的质量控制和经费使用全权由项目负责人负责。
野外地质填图路线没有框框限制，每天的具体填图路线都是在前一天晚上确定的。在确定第二天的工作区域、填图路线和重点观察内容时，需要考虑以下3个方面的情况：一是前人地质填图结果中的地质现象是否需要重新验证，前人遗留的问题有无解决的可能性；二是当天的工作总结，主要看当天的填图是否达到了预期的目标，如果没有，再结合前人的地质图和遥感图确定第二天需要补充填图的点或地区；三是遥感图提供的信息而原来没有填出的地质要素，如前述的线性构造等。在野外实际工作中，除解决计划内的地质现象外，还需要根据地质现象的变化和新发现不断调整调查区域和调查路线的走向，对重要的地质现象进行追索填图（图2、图3）。
图2 美国阿拉斯加地区1∶2.4万野外地质填图路线实际材料图（据P.J.Barosh的讲课资料）
Fig.2 Practical field route of 1∶24000 geologic mapping in Alaska,US
不同颜色的点线为不同时间的实际路线
图3 美国阿拉斯加地区野外地质填图路线示意图(据P.J.Barosh的讲课资料)
Fig.3 Indicative field route of 1∶24000 geologic mapping in Alaska,US
红线为实际地质填图路线，黄线为理论地质填图路线
剖面测量根据美国地质调查局的要求，只有存在下列情形之一时才实测剖面：一是命名新的填图单位，二是修订原有的填图单位。换而言之，如果填图区所有填图单位都有实测剖面控制并且都有效的话，就不必重复实测剖面工作。
3.3传播成果
欧美国家地质填图成果普遍采用同行专家或用户评议的方式，但方式不尽相同。美国地质调查局对项目成果实行同行专家审查制度，经过同行专家审查以后，草率或低劣的工作必须加以修改，凡是不符合标准的成果都不能发布。加拿大地质调查局则主要采取用户评估的方式，每年定期进行用户意见征询，了解客户对地学数据的满意度，评估项目执行水平，并根据用户的意见不断改进填图方法。澳大利亚每年举行一次资料展评或成果汇报会议，聘请国内外专家听取填图负责人的工作进展和成果介绍，评议后在规定时间内填图负责人提交图件和数据。
欧美国家普遍重视地质填图成果的传播。20世纪90年代之前，传统的传播途径主要有3种，一是内部印刷品（如图、论文、报告），二是公开印刷品（杂志等），三是年鉴、会议文集等。90年代以来，以美国地质调查局为首，世界各国地质调查机构纷纷改变成果的表达方式，提高综合性和普及性，在不损害科学内容的前提下，尽可能选用社会公众能接受的方式，以满足国家和社会对地质图的需要。各国普遍加强公众网络服务，扩大社会服务面,如澳大利亚1∶25万地质图电子版在网站上可免费下载等。
四、地质填图的战略
欧美国家在不同历史时期地质填图战略不尽相同，但有许多共同之处。
4.1战略目标的确定
欧美国家的地质填图是由于矿业需求而产生的，并因社会需要而发展，是人们认识地球的重要方式，因此地质填图战略目标确定的原则，一是科学需要，二是用户或经济需要，三是政治需要。如2007年4月美国地质调查局发布的《美国全国地质填图计划2007—2011年规划》中明确其总体目标是：①制作高质量、多用途的数字化地质图并建立相关的数据库，提出填图优先区域各种土地利用问题的解决方案。发展三维地质框架，并在地下水流模型、地震模型、滑坡概率模型、地形变化模型和生态系统健康模型中应用。②通过向大众提供地质图、报告和多种数字格式的数据库，使地质图信息更容易理解和使用；保存美国地质调查局丰富的古生物收藏品及其相关的数据库，并使其能够有效使用。③保证国家合作地质填图计划将来有能力满足国家的需求。加拿大1991年开始实施的国家地质填图项目（NATMAP）的主要目标是：①主要开展野外基岩和地表地质填图，支持加拿大采矿业，填补基础地学数据库的空白，满足社会各方面的需要；②提高政府工作效率和技术转化率，开展不同地学政府部门的相互合作，在所有类型的地质填图、地学图生产和数据库建设中都要应用数字技术；③给学生提供训练的机会，鼓励学生参与地质填图项目。
4.2比例尺的选择
许多欧美国家的中小比例尺地质填图已基本完成（表1），但美国、加拿大等国土面积较大的国家尚有很大差距。美国和加拿大1∶25万地质填图完成不到40%，澳大利亚1∶25万地质图已完成，但是是在1∶10万地质图、航空遥感、航空地球物理测量等资料的基础上编制的，这主要与战略选择有关。
表1 世界主要国家各种比例尺地质填图覆盖率
现有的美国1∶100万地质图是在20世纪60—70年代期间完成的，1∶25万地质图主要是60年代完成的，1∶2.4万地质图从1894年就开始印刷出版了，目前还在执行的美国全国地质填图计划主要提供1∶2.4万的地质图，部分地区为1∶10万地质图。由此可见，现在美国地质填图比例尺的选择更重视实用性，而不追求整个国家的覆盖率。
加拿大和美国类似，也不追求整个国家的覆盖率。加拿大1991年开始实施的国家地质填图项目（NATMAP）不要求用统一比例尺，常用的比例尺有1∶5万、1∶10万和1∶25万，甚至有些项目最终成果使用1∶32.5万和1∶50万比例尺。
澳大利亚全国1∶100万区域地质图由联邦地质调查机构编制出版，提供给社会使用。1∶25万地质图是在1∶10万地质图等资料的基础上编制的。目前正在进行的1∶10万区域地质填图主要由各州地质调查机构负责实施，联邦地质调查局负责接图和“三不管地区”（州与州之间的交界处）的填图工作。
4.3战略实施
地质填图战略成功与否取决于战略实施的好坏。欧美国家地质填图普遍重视高水平的地质填图人员、跨学科的综合研究、跨单位的合作研究、培养下一代、积极及时地公布和宣传地质调查成果等。
在地质填图战略制订时就明确了中央（联邦政府）和地方（省、州或地区）的职责与分工、目标与任务等。在项目执行上，采用由地质调查机构的地质科学家作为项目负责人，其他地质科学家参加和单位合作者（如教授、学生、省或地区政府的科学家）参与的机制。通过专门的填图项目等培养年轻的地质人才，并把培养目标作为考核目标之一。及时地公布和宣传地质调查成果也是地质填图的重要工作之一，这样才能充分地体现地质填图的作用和价值。
五、结语
通过2年多室内资料收集和野外地质填图工作，笔者深深体会到欧美国家地质填图具有鲜明的特点，其经验值得学习借鉴。
目前，中国地质行业正在开展地质找矿改革发展大讨论，目的就是查找问题，提出解决问题的办法，推动地质找矿工作。国土资源部徐绍史部长认为地质找矿工作当前存在三大问题，一是中央对加强地质找矿工作的指示和要求非常明确，但是尚未得到有效的贯彻落实；二是地质找矿的布局和思路逐步形成，但是尚未顺畅地落地；三是构建地质找矿新机制的课题已经提出并积极探索，但是尚未真正破题。
中国近代地质工作从1912年政府部门设立地质科、1916年设立农商部地质调查所到现在，一直也十分重视地质填图。早在1912年章鸿钊就提出编制中国地质图的计划，直到1929年地质调查所才在商务印书馆出版了李捷主编的1∶100万《中国地质图（南京开封幅）》。中国近百年的地质填图历史可以粗略地分为2个阶段，第一阶段为1912年（或1916年）到1948年，采用欧美国家的地质填图方式，第二阶段为建国60年，采用前苏联的地质填图方式。
如何认识、总结中国地质填图的经验和教训，仁者见仁，智者见智。借开展地质找矿改革发展大讨论之际，笔者从地质填图的发展规律、理念、管理与战略几个方面试图探讨欧美国家地质填图的主要特点，目的是供关心中国地质填图工作的同仁参考。但由于笔者掌握资料不够、没有实际到欧美国家进行过地质填图等原因，本文可能不够全面，存在不当甚至错误之处，请读者和同行指正。
参考文献
[1]British Geological Survey.Historical maps background information [EB/OL].[2009-03-27].www.bgs.ac.uk.
[2]罗永国.俄罗斯区域地质调查工作的几个问题[J].国土资源情报,2002,2:23-28.
[3]Allen P M.Standardization of mapping practices in the BritishGeo-logical Survey[J].Computers & Geosciences,1997,23(6):609-612.
[4]U.S.Geological Survey.USGS geologic mapping standards[EB/OL].[2009-03-27].www.usgs.gov.
[5]U.S.Geological Survey.Introduction to geologic mapping[EB/OL].[2009-03-27].www.usgs.gov.
[6]Geological Survey of Indea.Brief History of Geological Survey of Indea[EB/OL].[2009-03-27].www.gsi.gov.in.
①中国地质调查局发展研究中心.美国全国合作地质填图计划五年规划（2007—2011）.2007.
②中国地质学会21世纪研究分会.我国地质工作发展规律研究.2009.
③Vodden C.The first 150 yeas of the Geological Survey of Canadan.1992.
④刘凤山.加拿大学习报告.2001.
⑤中国老科协国土资源分会.地质调查科技创新比较研究.2009.
⑥中国地质大学（北京）.中国地质调查面临的经济、政策环境及适应性研究.2009.
⑦中国地质调查局发展研究中心.英国地质调查局战略科学计划（2005—2010）.2005.
⑧彭齐鸣.中国地质调查局代表团访问美国地质调查局报告.1999.
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