美国地质填图标准和指南

发布网友 发布时间：2022-05-15 08:27

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热心网友 时间：2023-10-15 16:02

自美国地质调查局成立以来，地质填图人员一直将USGS编写的《对美国地质调查局报告作者的建议》（1909年第一版至1991年第七版）作为地质填图指南。

为了支持国家合作地质填图，联邦地图数据委员会地质数据分委会联合其他联邦机构、州地质调查局和国家地质图数据库委员会（1996）制定和出版了一系列新的地质填图标准、指南、规范或建议。主要有：①地质图符号标准；②地质特征的科学描述和位置精度标准；③北美科学语言标准；④地质报告编写建议；⑤地质图与剖面图的评审建议；⑥北美地层规则；⑦出版指南；⑧元数据；⑨数字填图技术。本节主要介绍前五个标准和建议，出版指南和元数据在此从略。数字填图技术见第六章。

一、地质图符号标准

1.地质图符号标准形成的背景

过去，许多组织制定了自己的标准来生产和管理数字地质图数据，但由于这些标准在不同组织之间难以兼容而不能被广泛接受。为了帮助地质学家采用标准术语对野外地质现象进行记录和解释，帮助用户使用地质图，实现野外地质数据和地质图数据库的无缝衔接，USGS意识到制定相关标准的重要性。而美国地质填图现状促进了新标准的产生：①1992年美国国家地质填图法案的颁布需要制定标准以支持国家地质图数据库；②联邦地理数据委员会（FDGC）下属的地质数据分委会负责建立联邦层面的标准以支持地质数据的管理；③美国州地质学家协会（AASG）组建了数字地质填图委员会，并和联邦地理数据委员会（FGDC）及国家地质图数据库（NGMDB）共同为州地质调查局制定标准。

1995年USGS提出了一个非正式的标准，1996年USGS、AASG和FGDC地质数据分委会地质和制图专家对该标准进行了修改，修改后的地质图符号从原有的800个增加到1200个左右。1996年4月在GSA会议上讨论了数字地质图标准，1996年5月又讨论了USGS与AASG数字地质填图标准的结合问题，1996年8月，USGS和AASG再次进行了讨论，并组建了标准工作组以满足NGMDB的需求。2000年形成了面向大众的征求意见稿，经过修改后于2006年8月正式成为联邦标准，该标准是自19世纪80年代以来美国长期地质填图实践的经验的总结与提炼。

2.地质图符号标准的主要内容

地质图上每个地质体的表达必须有独一无二的明确意义，而且必须与该地质体在地质图数据库中的属性相兼容。为实现这一目标，地质图符号标准通过提供线符号、点符号、颜色及样式来表达地质图上的地质特征，以支持地质图信息的生产者和使用者。该标准包括了地质图和相关产品中的描述、实例、制图规范及符号的使用说明，并附有1200个地质符号。

USGS约翰·卫斯理·鲍维尔*将地质图信息明确地传达给具有不同知识背景的读者作了如下概括：“地质图与其说为专家设计，不如说为人民而设计。人民正当地期待官方地质学家提供一种规则如此简单和富于表现力的分类、名称和系统，使他们的工作卓有成效”。

USGS要求其雇员在工作中严格执行该标准，但标准无意束缚地质学家在野外地质填图过程中对地质现象的观察和解释能力的发挥，该标准被理解为“活”的标准，可以对现存符号加以修改以符合地质特例，也允许在地质图和数据库中添加不与现有符号相冲突的新符号以更充分地表达特殊地质现象。如果发现新设计或修改的符号具有广泛的适用性，将通过定期修订纳入该标准。

二、地质体科学置信度和位置精度标准

1.地质体科学置信度和位置精度

地质体科学置信度是关于地质学家对野外地质解释的可信程度的一个重要概念。野外通常会对某个地质属性出现争论，如露头上出露完好的地质界面，不容易判断它是不同地质体正常接触面还是断层；或公路路堑上清楚的接触面离开公路后不能继续追踪它的出露位置；再如被植被所覆盖的断层，它的位置和运动方向不能明确确定。

上述例子说明，不确定性或存在于地质体的科学解释上，或存在于地质体的空间位置上，或二者兼而有之。所以，在地质图上表达地质体的置信度水平及地质体不确定性的类型至关重要。

过去一般采用实线、虚线、点线或问号线表示野外观察到的面状和线状地质体的位置精度水平。这种做法延续了USGS在1888年的规定：“断层线在其可实际追踪时应当用稍粗的黑实线表示，在其不能实际追踪时用断线表示”。USGS首席地质学家Bradley（1956）在关于地质填图标准的一个备忘录中曾提出：“断层和接触面的位置精度应当用适当的符号表示，实线应当用于表示在地质图的可标绘限度内地质图上可识别的地质体的精确位置，只可近似定位的地质体应当用长虚线表示；那些不确定或推测的地质体应当用短虚线表示，而被掩盖的地质体界限应当用点线表示”。同时强调：“使用虚线表示接触面或断层并不意味着地质图质量的下降，对地质图上的大部分界限来说，要获得精确位置并采用实线表示是不可能的。只要读者能理解位置的精度，地质图的质量就没有降低”。

与线符号相结合，地质学家可以使用“已知的”、“大概的”、“肯定的”、“不确定的”、“精确定位的”、“近似定位的”、“推测的”、“投影的”、“掩盖的”和“有疑问的”之类术语表达面状和线状地质体的不同置信度水平。

2.科学置信度

科学置信度表达地质学家对某个地质体的性质、成因和几何形态的置信程度。地质体结构、露头数量以及可获得的地球物理资料直接影响科学置信度。地质体的这些基本特征可以被分为两个不同但相关的概念：证据和存在。

证据表达观察和数据是否支持一个被填图地质体（如接触面/断层，或正断层/逆断层）所陈述的性质、成因或几何形态。在地质图上，地质体用标准符号加以确定和描述；不确定性证据可以在符号解释或图单元中描述。

存在表达观察和数据是否支持掩盖的地质体（如断层/假设的隐伏断层）的连续或存在。在地质图上，地质体用标准符号加以确定和描述；连续或存在的不确定性可以在符号解释或图单元中描述。在地质图数据库中，描述地质体存在的置信度用“确定的”或“有疑问的”加以说明。

地质图必须表达与每个地质体有关的（证据和存在）科学置信度水平。这种信息在地质图数据库的属性中加以说明，包括两个属性域：证据（允许值=确定的，有疑问的）和存在（允许值=确定的，有疑问的）。

为了将证据和存在这两个概念表达在地质上，该标准提出了下述清楚而简捷表达地质图上所示地质体科学置信度水平的新术语：证据和存在是确定的和证据和存在是有疑问的。

这种新术语意在选择特定样式的符号表示地质图上的地质体和描述地质图上的地质体。如果地质体符号和描述为“证据或存在是有疑问的”，地质图的使用者为得到更完全的信息需要去咨询地质图数据库。

3.位置精度

位置精度涉及地质要素在野外的可定位性和地质要素在野外手图上的定位。可定位性表达地质学家在野外是否能清楚地观察到地质体，如面状或线状地质体沿其走向的几个露头上是可观察的；或面状或线状地质体只在沿其走向的个别露头上可观察，但它的物理性质允许通过间接方法把它定位在露头之间。

在地质图符号的解释和地质图数据库中，描述地质体可定位性的置信度的属性用可观察的、推测的或掩盖的加以说明。

定位表达地质体标绘在底图上的相对精度。一个地质体可被精确地标绘在图上是因为底图信息是精确的、详细的和明确的。然而，在某些情况下因为底图地形和地理信息不够详细，地质体不能准确地标绘在图上，不足以使它相对于图上地物精确地定位，如地质体是可观察的，但它在图上的位置不能精确确定。地质体定位的固有的不确定性必定传递到地质图上，并记录在地质图数据库中。

为了说明某个地质体的位置精度，填图者需要权衡三个因素：①地质体的性质和出露程度；②底图的质量；③将地质体精确定位在底图上的置信度。野外对地质体进行定位并将它定位在野外底图上的过程是复杂的，所以地质体的定位精度不容易描述和定量化。当地质体被画到或数字化到底图上时，地质填图者可根据上述三个因素判断地质体定位置信度水平，置信度可以通过地质体实际位置距离它被定位在底图上的位置距离来表达。

地质图必须将地质体的位置精度水平通过数据库中的属性说明传达给地质图的读者。这种信息可放入下面三个属性域：①可定位性（可观察的、推测的或掩盖的）；②置信区数值（如5m）；③地质体实际位于置信区内的可能性。对于某些类型的地质体，也用说明性符号传达位置精度水平。为了促进可定位性和定位这两个概念在填图中的应用，标准提出了下述术语来表达地质图上地质体的位置精度水平：位置是精确的、位置是近似的、位置是推测的和位置是掩盖的。

三、北美科学语言标准

为了采用标准化语言对物质和结构进行科学描述，美国地质调查局、美国州地质学家协会和加拿大地质调查局联合成立了北美地质图数据模型指导委员会（NADMSC）。2000年成立了科学语言技术组（SLTT）专门制定描述地质结构和物质组成的科学语言标准，供野外地质学家收集原始资料和建立地质图数据库使用。

2000～2004年NADMSC制定了北美地质图数据库中描述和命名地球物质的原型科学语言，作为野外填图和建立室内地质图数据库地质语言描述的标准。该标准吸取了英国地质调查局（1999）三大岩类描述的科学语言、国际地科联三大岩类分类等成果。目前，该科学语言标准正在完善。

该标准对沉积岩、火山岩和变质岩的分类与描述进行了详细的说明与图解，它既是标准也兼有指南的作用，在标准的附录中详尽地汇总了岩石分类、定名和描述语言。其中仅沉积岩类说明就多达595页，对岩石的分类说明非常详尽。

该标准对新生代沉积类型和定名也作了详细描述和规定。如对冰缘环境和地形进行的详细划分和以图示方式说明地貌和相关沉积物的演化，可以帮助野外填图人员鉴别和描述。在Ballantyne（1984，1987）描绘的Scottish山脉晚更新世冰缘特征和British山脉现今活动的冰缘现象示意图中，形象地展示了与冰川活动有关的地貌特征及地质术语（图2-3）。

图2-3 冰缘环境和地形

外动力引起的变形与松散沉积在该标准中也有详细介绍。如斜坡运动过程与沉积类型图，说明岩石、碎屑和土崩塌、滑坡、蠕滑、流动及复合运动方式及其沉积物类型和立体形态特征。

四、地质报告编写建议

美国地质调查局始终对编写地质报告给予高度重视。1909年就规定了USGS雇员在编写地质报告时应遵循的原则和要求，并出版了《对美国地质调查局报告作者的建议》（第6版，Bishop et al.，1978）。就其内容看，对报告中可能涉及的问题都有详细说明和规定。有意思的是，虽然此《建议》是针对USGS雇员而写的，但很快也得到了其他部门地质学家的赞同和采纳。在长达130年的历史中，尽管随着科学技术和地质理论的不断进步，特别是高精度地球物理和遥感技术在地质填图中的广泛应用，《建议》内容在不断修订和完善（1991年已更新到第7版），但USGS要求其雇员编写地质报告的原则始终没有改变：即简明和易懂。

地质填图背景：简要回顾前人在填图区已做过的工作，说明本次填图主要技术人员、辅助人员和合作单位情况，并简要介绍区域地质特征。

填图区地质发展演化历史：根据野外观察到的角度不整合等地质现象，描述填图区地质演化历史。

填图单位的岩石描述：是报告的主体。对地质图上的填图单位，包括正式填图单位和非正式填图单位，按照由新到老的顺序逐一描述。描述内容以颜色、岩性、厚度和形成时代为重点（图2-4）。地质体的形成时代常常大量引用前人的测年数据和化石证据。如有新测或修测剖面，需要对剖面进行描述。

图2-4 美国地质调查局地质报告节选

（据Kellogg et al.，2008）

参考文献：参考文献是报告的重要组成部分，往往占到报告的1/5篇幅左右，只要涉及填图区的填图成果和研究成果基本悉数列出，并在报告中加以引用。

部分图幅对地质灾害也有详细描述。美国地质报告观察描述与解释分开，重在观察描述以及可填图岩性单元的划分，而填图过程中形成的科研成果通常在公开出版的刊物上发表。

五、地质图与剖面图的评审建议

项目评审的主要任务是按照评审清单上列出的主要内容对地质图与剖面图的完整性进行详细检查。美国地质调查局的地质学家作为地质图的主要评审者，其主要目的是帮助作者对地质图进一步完善。作为评审者，需要用不同的眼光和洞察力在地质图和解释中找出逻辑缺陷，以及作者可能看不出的其他问题。如果解释上有缺陷，委婉地提出合理的解释。作者需要考虑每一个评审者的意见，并作出必要的改动。如果评审者的建议不可接受，作者必须在备忘录中解释原因。

评审时首先需要阅读地质图、剖面图和注释，熟悉填图区填图单元及其形成顺序、岩性和厚度，掌握填图区区域地质情况，明白填此地质图的目的。查找明显的问题，如接触线、定位有问题的线、错误或缺乏解释的地层厚度变化，以及接触面、断层与地形及产状符合情况。

审核内容包括以下几方面。

1.边际数据

拼写和标点符号是否正确；经纬度以及乡镇和范围是否正确定位和编号；比例尺是否适当；剖面图的垂直比例尺、等高线间距、磁倾角和年份是否正确；是否具有底图来源和底图投影信用证明；是否写出填图者的信用（包括作者、助手、填图时间和对其他人工作的感谢）；位置图或索引图、表示填图区内已出版图的略图和说明数据可靠性的略图是否齐全；图名是否适当和明确，包括图幅或地区名、郡、州或国家；作者署名和出版年是否正确。

2.填图单元的对比

填图单元与相邻单元的时间界线是否完全和准确；年龄数据是否清楚；填图单元的描述是否齐全；图框中所显示的所有填图单元是否都表示在地质图上；地质图和剖面图上所显示的填图单元是否都已列出和描述；地质图、剖面图和解释是否都采用相同的单元符号。

3.图示符号

地质图和剖面图上的所有常规和特殊的结构符号是否都进行了充分的解释；是否对图上所有虚线或点线进行了解释；是否对图上显示的断层解释到种类和产状；断层位移的符号、褶皱轴面迹线是否准确标绘和解释。

4.参考文献

参考文献是否齐全，并按照美国地质调查局的样式列出。

5.其他

地质图和剖面图中的地质单元是否全部用符号标出，或充填不同颜色。地质图和剖面图上线条的粗细是否分明，足以让清绘人员清楚识别。.

6.填图单元

反复检查地质图、剖面图和图例，了解填图单元的形成顺序和年龄、厚度与变化、岩性及地质事件的顺序，对地质图和剖面图作出中肯的评价。

7.图例

图例中应有地质图和剖面图上的所有填图单元符号，这些填图单元符号应清楚一致地标绘在地质图、剖面图、填图单元对比图和描述中，单元符号不多于4个字母。

填图单元的描述应简明清楚，遵循一致的格式，包括区别岩性特征，如岩石类型、颜色、粒度和厚度。描述应完全到足以能让地质图的使用者在野外识别该岩石单元，并让读者能将每个填图单元与其他地方的同一填图单元加以比较。如果某个填图单元出现在填图区的局部地区，其描述可以说明出露的具体地区。如果描述包括某个组内的几个单元或段，应按从新到老、从顶到底的顺序进行描述。

8.地质图和剖面图的评审

（1）评审准则：地质图和剖面图必须绘制清楚，并且地质图和剖面图内部必须一致。地质图或剖面图所列图例解释必须合乎逻辑、合理并与填图数据相容。地质图和剖面图应当与临区最近完成的地质图和剖面图相协调；对构造解释不符合之处应当加以说明。

（2）地质图和剖面图的审核：按照评审标准，对地质图和剖面图上的每一条线进行核对：所有地质界限位置适当吗？它们与地形相容吗？它们与地层和构造数据相容吗？它们合乎逻辑吗？

地质图上的每条线都与其他线和数据相关，采用随机抽查核对的方法并不能很好地评审一幅地质图。评审者必须用自己的方式系统地检查全图，从剖面图到解释来回核对，以确信它们的符合程度。只有这样，才能回答下述关键问题：这幅图是一幅非常吻合的地质图吗？剖面图绘制正确吗？其所表明的解释有地质图逻辑上的支持吗？这幅图可以提供给作者和地质调查局使用吗？它可以加入到地质调查局地质图目录中吗？

（3）剖面图：重点检查地质剖面中地形标绘、剖面线位置选择、视倾角、构造特征、单元厚度、断层的倾向和断距、地质图与剖面图吻合程度等。

（4）其他：送交出版的地质图最好采用满足需要的比例尺，有时采用更大的比例尺以描述地质细节。适当的比例尺和数据密度一般由需要解决问题的地质图的种类和可供使用的地形底图所决定。一幅充分而详细的地质图应具备以下3个特征：①足以用所选择的比例尺描述一个地区的地质；②足以为剖面中所显示的解释提供实际数据；③足以反映有经验、有思想的野外工作。如果特别复杂的地区需要较多细节，可以增加一张较大比例尺的插图。地质图的逻辑和精度反映填图者的细心、思想和经验。评审局部地区大比例尺地质图的标准不适用于区域尺度小比例尺地质图。此外，地质图和所有附属的剖面图必须合乎逻辑，剖面图中的地质解释必须有填图数据的支持。