美国全国合作地质填图计划五年规划（2007～2011年）

一、提　要

    未来五年，全国合作地质填图计划（NCGMP－National Cooperative Geologic Mapping Program）预计要在我们的旗舰产品（地质图和关于地球历史及其作用过程的报告）的提供方面，取得几项重大进展。本规划中，我们常使用的术语“地质图”，是广义的和兼容的。我们用这个术语，不仅仅要指传统的纸质地质图，它包括特定地区沉积和构造史的文字描述，地球表面以下的岩石横剖面，以及依据充分的古生物和同位素测年资料编制的相关图表等；而且也指新的数字化产品，即利用像EarthVision之类的功能强大的软件产生的数据库。对地质填图人员来说，这是一个激动人心的时刻。他们不仅有机会在翻秀山、过绿水、涉荒漠的过程中收集信息，而且现在已经能够把我们的资料与各种各样整理有序的其他地质信息结合起来，用功能强大的可视化技术提供综合信息，让每个人都能看懂过去只有训练有素的地质学家才能理解的“秘密”。

  
    自1992年《国家地质填图法》（NGMA）通过以来，美国地质调查局（USGS，以下简称美国地调局——编者注）与美国州地质学家协会（AASG－Association of American State Geologists）之间建立了持久的合作关系。这种合作关系卓有成效地促成了本计划的教学填图（EDMAP）。到目前为止，教学填图已在全国130多所大学培训和指导了的600多名学生。多年来，该计划一直在对这些学生进行跟踪，以高于平均值的比率，让这群高度流动的人员在岗位上继续他们的地球科学教育，在那里，他们的填图技能学有所用，用显其值。在过去几年里，该计划访问了许多历史上的黑人和部落大学，尽力使报名学员的组合多样化。在未来五年中，我们计划增加这种活动，并请求像美国地质学会、美国地质协会、美国职业地质学家协会等组织的帮助。

    过去5年里，全国合作地质填图计划为鼓励美国地调局人员与各州地调局人员的合作填图项目，一直在努力工作。我们发现，许多情况下，联邦与州的地质填图优先地区在颇大程度上是重叠的，把他们的资金和专业技术整合起来，就能更有效地完成任务。我们也深知，这些合作项目，为接受教学填图项目培训的大学生，提供了良师众多的培养环境。全国合作地质填图计划预期，在未来五年里，对专业技术知识和人才的分享需求将会增大，联合起来搞合作填图项目的机会将增多。

作为对前一个五年规划确认的国家需求的响应，在过去五年中，全国合作地质填图计划对地下水相关研究的资助稳步增长。与所有地质图及全国合作地质填图计划的大部分研究成果一样，当初为某个主要目的提供的产品，现已被用于取得一系列其他的成果。例如，在加利福尼亚州的大旧金山地区，当初与许多县和地区的水利委员会紧密合作，开展了许多三维（3D）地质框架研究。这项工作的主要目的，在于提供与建筑结构学和地下含水层延伸有关的信息，同时，这种信息对了解圣安德烈斯断裂带的构造环境也是极其需要的。2006年，在1906年旧金山破坏性大地震100周年之际，地质图和三维地质框架被用来教育公众，让他们了解加利福尼亚州的这部分地区未来的地震风险。用激发的速度波穿过三维地质框架，完成了对1906年地震的模拟，通过反复的精细调整，终于能以相当可观的精度再现了历史上的这次地震。地震学家对圣安德烈斯构造体系的许多断裂取得了很多新认识，并能通过互联网将这些信息传达给公众。在下一个五年内，全国合作地质填图计划将利用地质图数据库来促进这类公众教育，将专心致志地把计划定位在为许多新的地质灾害（地震、滑坡和其他）项目提供所需的地质框架上。然而，这并不要求本计划把颇多资金从与水有关的研究转移到与灾害有关的研究上，所需的或许只是，我们要以某种方式来建立三维框架，使之能为更多、更广的建模者所应用。在一些情况下，这或许意味着，要把更多的信息融合到涉及地球物质的地质属性和工程属性的构造框架中来。

    全国合作地质填图计划将会在美国地调局地质处（USGS Geolegical Discipline）的管辖下，继续积极地参与新的“全国地质和地球物理数据保管计划 ※”（NGGDPP）的标准、目标的制定和计划的实施。在数据保管方面，全国合作地质填图计划将创建一套美国地调局的国家古生物保护数据库。到2010年底，美国地调局的所有古生物数据库都将通过通用端口提供服务。在有50多个国家的地质调查局共同参与的，被称为“同一个地质”（OneGeology）的全球地质填图数据整合工作中，全国合作地质填图计划也将力求成为干得最好的角色。
自从根据1992年《国家地质填图法》设立全国合作地质填图计划以来，由美国地调局和50个州地调局实施的地质图出版工作，一直有点像是小作坊产业——独立而多样。在出版方法快速变革和软件包快速增长的时代，这也是件好事。所有的51个地质调查机构都彼此学到了大量经验，大家的图件出版都因之得以改善。实际上，在过去8年时间里，在由美国地调局和美国州地质学家协会联合举办的数字化制图技术研讨会上，我们的许多技术专家每年都聚会，讨论如何改善图件的标准、格式和通用科学语言。对我们的调查机构来说，已经到着手把几种格式整合成一体的时候了，要颁布各家共同使用的标准，要通过一体的分布式数据库（即，国家地质图数据库），使所有的图件都能以数字化的形式得到。在美国科学促进联合会（AAAS－American Association for the Advancement of Science）对全国合作地质填图计划所作的最新评议中提出了这些建议（见附件――编者注），我们希望在下一个五年中把所有的建议付诸实施。在我们追求这些国家目标时，还必须与国际社会更紧密地合作。全国合作地质填图计划打算在2011年开展一项独立的、对本计划的外部追究评议工作，以确定我们在实现全国合作地质填图计划规定目标方面的成功之处。

    在过去的5年里，全国合作地质填图计划在针对许多重要含水层来确定地质框架方面，取得了长足进展。这项工作曾使用功能强大的可视化软件，与地下水模型研制人员反复研究，并以多个版本出版。在地质框架或地下水模型上取得的每一次重大改进，都能将更新版本以CD方式发布。我们预期，在今后五年里，这种出版方式将能变成被我们的科学家更常采纳的方法。事情已变得很明显，这种方法的采用，像在加利福尼亚南部或皮吉特低地（Puget Lowlands）所作的那样，可更好地理解一个区域的新构造运动，有助于对一个地区的真正自然灾害作出评估。将地球物理信息融入全国合作地质填图计划的这些三维模型中的能力，在我们的处置范围内，已经被用作强有力的新型分析工具。在未来五年中，我们将扩展灾害评价工作，同时在地下水评价方面，我们也会尽力维持目前的重视水平。
在参与2005年管理和预算办公室（OMB－Office of Management and Budget） 项目评估和评级工具（PART－Program Assessment and Rating Tool）程序的过程中，建立了项目评估程序，在此基础之上，全国合作地质填图计划将会在项目的各个方面得到规范的、不受外界干扰的评议。2007年的评议将集中在：（1）为了便利分析和决策，项目能在多大程度上增强地质信息的综合与发布；（2）国家地质填图数据库（NGMDB－National Geologic Mapping Database）的效用如何。确定以下两点将是重要的:（1）国土管理者所需的地质图派生产品的类型和提供这种信息的最佳方式；（2）在持续扩充和互动的数字环境中，国家地质图数据库提供地质信息的最有效方式。
州地调局和大学的全国合作地质填图计划伙伴们，只有达成合作，才能得到优先与和谐的安排。从1993年到2006年，州政府为完成地质图，已经匹配资金6000多万美元，有600多名大学生在地质填图中得到了培训。

 

            图1  全国合作地质填图计划五年规划和绩效指标

    二、引 言

    虽然地质图构成了所有应用性和基础性地球科学调查的基础，但是构建地质图的过程本身，就是对地球历史和形成我们星球的岩石和表层物质的地质过程的科学研究。关于地质图的构成是什么的定义，随着时间的推移，已经从传统的纸介质产品，转变成了多用途的数字地质图数据库。就本计划的目标而言，地质图是地球表面地质状况和地下地质状况投影的图形表达，也包括着相关的数据库。
1992年，第102次国会确认，协调后的计划需要依靠客户需求优先机制，来增加国家地质图的生产。20世纪80年代后期，美国以国土利用和资源管理的明智决策所需的比例尺完成的详细地质图，覆盖率不足20%（美国地调局地质填图，1987，国家科学院出版社，华盛顿），而且很少一部分是数字化的。现在，数字化变成了地质图产品的标准。

    1992年签署为法的《国家地质填图法》（公共法102-285），设立了全国合作地质填图计划，以执行和调节由美国地调局和州地调局实施的扩大地质填图工作。该法在1997年和1999年经过两次重新审定，目前正在进行第三次重审。本计划更详细的历史，包括1992年《国家地质填图法》（公共法102-285）的文本，1997年和1999年的重审条款（公共法105-36，公共法106-148），以及本计划的联邦咨询委员会（FAC－Federal Advisory Committee）的报告，均可从全国合作地质填图计划网站http://ncgmp.usgs.gov/上获得。

    全国合作地质填图计划负有生产精确的地质图和三维地质框架模型的使命，为维持和提高全国的生活质量和国家经济活力提供不可缺少的资料。其途径是：了解地球的地表作用过程和地下水的可供性及质量，支持内政部（DOI－Department of the Interior）的国土管理决策，减轻灾害，支援生态和气候监测与模拟，了解大陆-海洋沉积作用。

    今天的这个计划，在为社会团体和用户提供所需的现代数字地质图方面，体现着联邦、各州和大学之间的成功合作。正如下文所述，本计划的三个构成部分都有其独特的作用，在确定填图优先顺序和生产新地质图的过程中，也都要协同工作。本计划提供的是区域比例尺（一般为1:2.4万或更小）的地质图，私营部门的岩土工程咨询者，可在此基础上构建他们特定地点的大比例尺地质图。全美国由此类计划得到的数据，将持续地储存到国家地质图数据库中，需者尽可得到。一套通用的地质图标准将要出版，它由全国合作地质填图计划与北美地质图数据模型筹划指导委员会合作编制。

    全国合作地质填图计划的各项目标，将继续与地质处、美国地调局、内政部和总统事务参考模型的目标保持一致（图2）。

 

图2　全国合作地质填图计划五年规划的目标与其他联邦目标的联系

    本计划明显无疑的成功，是因为：（1）最新的地质填图，已成为地震机制、地下水水流模拟、矿产和石油勘查和减轻自然灾害等领域科学进步的重要组成部分；（2）国家的地质图覆盖率一直在大幅度的提高；（3）由《国家地质填图法》授权的联邦、州和大学的合作关系，已成为设立其他政府计划的模式；（4）本计划颁布的地质图标准，正在由联邦地球物理数据委员会提供方法保证，以便在整个地质界使用；（5）在过去13年里，地质图的生产、编辑和培训，已经在全国50个州和波多黎各展开（图3）。

图3　2006财年由全国合作地质填图计划的各构成部分执行的地质填图项目

    （一）计划的构成

    联邦填图――联邦填图（FEDMAP）于1993年正式启动，它针对国家在经济、社会或科学福利事业方面有重要意义的地区，建立区域地质框架。本计划每年大约给美国地调局的25～30个多年项目提供支持，这些项目常包含着让地质填图增值的跨学科研究，使地质图成为能被各方面不同客户使用的图件。全国性的优先项目，要根据联邦资询委员会和联邦填图评议小组（由联邦、州和私营企业及学术成员组成）的建议，并经过与客户、合作者和协作者的非正式会商，再最终确定。本计划的资助也要用来维护国家地质图数据库（NGMDB）和《国家地质填图法》授权的工作，即：为公众提供涉及全国所有已产生地质图的信息；制定供本计划的所有项目构成和整个地质填图界使用的标准；促进为建筑界研制的成熟数据模型的应用和地质图的传播。州填图――州填图（STATEMAP）针对各州在经济、社会或科学福利事业上有重要意义的地区，建立地质框架。州地调局在1993年第一次接收州填图的资助。在与全国合作地质填图计划的优先顺序保持一致的同时，由每个州的地质学家与州填图咨询委员会协商，确定州地质填图的优先顺序。优先度最高的是具多种问题的区域，具单一而紧迫问题的区域，或地质图在解决关键地学问题中具根本性的区域。美国州地质学家协会是一个由50个州的地质学家构成的组织，它经常会就对各州有整体性影响的关键问题，向本计划提供有深刻见解的指引。每年，全国合作地质填图计划对47个州的大约120个项目给予资助。州填图是一个竞争性补助计划，由联邦和州按1:1的比例匹配资金。提出的申请由国家授权的专门小组评议，它由来自美国地调局的科学家和各州地调局选派的代表组成 ※。每个州填图项目集中在一个特定地区或特定问题上。由州地调局的雇员开展地质填图，通常有教学填图的大学生和教授，以及联邦填图的地质学家密切配合工作。 


    教学填图――教学填图（EDMAP）于1996年首次接受资助，它就地质填图和野外研究的基本原则，为大学生提供细致的指导。擅长地质填图和愿意提供适当指导的学院或大学教授，需要教学填图的资助，以支持大学生和（或）研究生参与地质填图项目。尽管每个项目只持续一年，但这些项目都集中在一个特定的地理区域内。教学填图的地质教授和他们的学生，需要有来自州地调局或美国地调局项目的地质学家的合作，给他们提供分享信息和资源的机会。

    全国合作地质填图计划通过每年的竞争补助程序，给美国和波多黎各的学院和大学配置资金。申请需要经过由来自美国地调局、州地调局和大学的科学家组成的国家授权专门小组进行评议。联邦政府提供一美元，大学基金也要匹配一美元。

    教学填图要与本计划的联邦填图和各州填图的优先区相结合。它的成功之处在于，教学填图的许多大学生已经取得了更高的地球科学学位和（或）从事了地球科学职业（参见下面的目的7）。本计划在培训新的地质填图人员方面具有不可替代的作用，因而连国家科学基金新近也支持这项工作。参加教学填图的学生能很容易地在地球科学领域找到工作，可见，地质填图知识有很大需求。

    （二）地质图的使用
    国家、州和地方的决策者知道，他们需要越来越多的客观的科学信息，为他们所关注的国土利用、水利用和资源利用做出正确的决定。一幅现代化的数字地质图，常是提供这类信息的最好科学产品，因为它们是了解地球历史的唯一最佳资料源。地质图对产于地球表面以下的基岩和（或）表层地质单元做出了描述和解释。它们还表达着岩石曾经历过的复杂的沉积和构造作用历史的信息，可以提供有关地质年代、矿产资源、化石、地球化学的信息，以及大量其他基础地球科学的信息。尽管一个地区的填图决策，当初可能只是基于一个特定的需求或问题，但是，在这些图件初版后的若干年中，由于从地质图上得到的信息在质量和类型上仍然可用，还会一直被用来解决许多其他的国土利用问题。

    传统的地质图把它的全部信息描绘在一大张纸上，而新的数字技术和计算机软件，则可以让地质图制作人员用新的方式表达信息，让他们的客户能更加容易地辨识图形，理解内容，予以利用。这些数字表达方式常常包容着在纸介质图上很难或不可能描绘出的附加信息。例如，能把区域性的地球物理数据集（如重力和航磁异常）与固定点上的数据集（如地震震中和水井）结合起来，构成数字地质图的一个组元或一个图层。

   在《国家地质填图法》颁布之前，美国的地质填图完全有理由主要关注用地质图来发现和开发能源和矿产资源。近年来，维持充足的洁净水资源的需求，已经变成了地质填图的主要推动力（图4和5）。对地质图的另一个新近需求，是解决更广的与环境有关的问题（如生态恢复和垃圾处理站的选址）。本计划将通过与客户的紧密接触，特别是通过州地质填图资询委员会，继续认定和支持地质图的新用途。

    随着数字技术的出现和用地理信息系统（GIS）表达图件数据的需求增加，本计划借助国家地质图数据库项目的支持，在为数字地质图产品建立标准。通过与州地调机构和其他组织的合作，已研制了这些标准，并已得到联邦地理数据委员会（FGDC）的批准。作为要开发的新技术，在数字化领域内全国合作地质填图计划将继续成为领导者。

                      

                                    图4　就联邦填图和州填图项目而言，1987年和2007年
                                                地质填图的资源性动因的变化

                                   图5　2007财年联邦填图和州填图项目的地质填图动因和目的

（三）以前的规划
    全国合作地质填图计划的上一个五年规划，是围绕美国地调局地质处的七个科学目标组织的。该计划成功地实施和完成了各个工作项目，它们对理解以下问题做出了贡献：（1）减灾计划（太平洋西北部）中的地质灾害；（2）地质灾难的短期预测（加利福尼亚州）；（3）矿产和能源资源（怀俄明州和内华达州）；（4）气候影响；（5）生态系统框架（切萨皮克湾地区）；（6）人类健康与地质作用的关联（亚利桑那州）；（7）地下水资源的地质控制因素（得克萨斯州）。

    三、计划的五年目标

    目标1：生成高质量、多用途的数字化地质图及配套的数据库和报告，以解决高优先地区的各类国土利用问题。开发深及地下的三维地质框架，用于地下水水流、地震震动、滑坡概率、景观变化及生态系统健康等各种预测模型。

    实现该目标是本计划的根本目的。地质图是大多数地质研究的科学基础支撑，它通常包含着区域的地质历史（沉积、结构、构造、变质和深成作用）信息。这些地质图可用于广泛的目的，传统上拥有好几十年的有效使用寿命（“shelf life”）。随着数字技术的问世，其使用寿命还能延长，因为它能轻易地加以数字化修改，更新的产品即可通过互联网迅速传播。

    联邦填图的大多数地质填图项目，由三个区域（东部、中部和西部）的地球地表过程小组（Earth Surface Processes Team）指导；但由其他计划（包括地震灾害、滑坡灾害、火山灾害、矿产资源、能源资源、地表动力学，以及海岸与海洋地质学）指导的地质填图任务，本计划也予以资助。为实现跨计划、跨学科的科学目标，全国合作地质填图计划对地质学科中的许多重要实验室，主要是地质年代学和古生物学实验室，也给予支持。其他计划和学科对地质填图项目中具体任务的资助，常常是互换执行的。

    每年，联邦填图、州填图和教学填图的项目，都有数百名合作者和客户一起协作共事。他们包括美国地调局的其他部门，内政部办公室（Department of the Interior Bureaus），其他联邦机构（如美国林业局（U.S. Forest Service）），州、县和地方政府机构，大学以及私营企业。为了接收资助，各地质填图项目必须具有坚实的科学班底和特长，能适应社会需求，并与美国地调局的科学目标和相应的政府角色息息相关。

    目的1：构建高优先地区的区域地质框架和模型，用于了解水资源的可供性和质量，减轻地质灾害，支持内政部的国土管理决策，协助生态和气候监测与模拟，了解陆－海沉积作用过程。

    高优先地区的选择和排序，要使用本计划的联邦咨询委员会和三个评议小组，要与美国地调局的其他计划和部门、国家公园管理局（NPS－National Park Service）、其他联邦机构和州填图咨询委员会协调。

    1．与联邦国土管理机构的合作

    美国地调局向联邦政府的国土管理机构提供数字地质图，主要比例尺为1:2.4万到1:10万，偶尔用1:100万比例尺的图件。通过使用全国合作地质填图计划的地质图及产品，国家公园管理局、国土管理局（Bureau of Land Management）、美国渔业和野生动物局（U.S. Fish and Wildlife Service）、美国林业局业已并将继续从中获益。例如，国家公园管理局的科学家，在确定和证实濒危动植物物种的栖息地或产地时，在确认与汇水区改造、道路改线、地下水开发、隧道项目有关的现存及潜在地质灾害中，在滑坡和潜在洪水的评估中，以及在国土管理项目中，都要使用地质图。当邻近的大型人口聚集中心对公园的需求增加，要对公园的一些单元作土地利用决策时，公园管理人员就要利用地表地质图。这些图件还有助于预测各土地区内的植被将会有哪些演替为顶级种群，有助于选定需要限制参观的区域，确定防止入侵物种的措施，有助于施行可控焚烧。

 

    已有100多个国家公园管理局的单位，从全国合作地质填图计划资助的产品中获益。这些产品包括：（1）针对像南部死亡谷（Death Valley）这样的大区域建立的、用于支持水质和水量管理的构造和水文地质数据综合模型；（2）区域火山作用、断裂作用以及潜在地震灾害的研究成果；（3）第三纪和第四纪沉积物地质年代学的研究成果；（4）地表露头和地下地层的层序研究成果；（5）原先填绘的区域构造和地层层序的再次评价；（6）为公开传播而进行的地质数据开发；（7）公园工作人员的培训，让他们能更为有效地向公众传播地质信息。今后五年里，将继续开展类似工作。

    美国地调局将维护有关国家公园信息的对外网站，继续协助国家公园管理局开展人员培训。例如，（1）美国地调局人员协助制作了一张圣安德列斯断层行迹的三维图，供公园展示，今后将继续根据需求开展此类工作；（2）地质图成为描绘国家森林公园的石灰石等矿产资源的基础；（3）在Mead湖国家休闲区，地质研究提供了让人们了解景观改造过程及地表变化敏感性的知识；（4）阿拉斯加的美国地调局职员，在八个国家公园的冰川源上进行着气候变化史的监测、编录和评估。

    在今后五年里，全国合作地质填图计划的协作者及受其资助的地质学家，将继续与国家公园管理局开展合作，通过联席会议和观察活动，确定国家公园管理局的哪些单位属最高优先等级，以及在解决这些单位的国土利用问题时，美国地调局提供的哪些产品是最适用的。例如，在2007年，本计划将参加在阿拉斯加举行的观察活动，探求州填图和教学填图与“北极之门”国家公园（Gates of the Arctic National Park）管理者的合作机会。

    2．建立用于了解水资源的地质框架

    全国合作地质填图计划的地质框架有助于确定含水层的特征，进而用于生成准确的地下水流模型。要对国家最优先的区域含水系统做定量的区域水文评价，这些模型就是基础。60％以上的联邦地质填图项目和43个州的州地质填图项目，都在为水资源问题提供地质信息。本计划最近实现了一个与美国地调局水资源处（Water Resources Discipline）分担的目标，改进了对美国65个主含水层的认知（图6）。

                                                   图6 美国的主含水层

    主含水层，系指具区域性分布、可作为饮用水、农业用水或工业用水水源的含水层或含水系统。由于含水层产于一套地层中，或整套地层的某个组中，因此，关键的问题是要认识蕴含和运移地下水的岩层或沉积层的特征。地下水资源计划（Ground-Water Resources Program）指导着区域地下水评价，以针对选定的主含水层，促进地下水可供性数据的定量化。2006年，一项关于密西西比河冲积物和斯巴达（Sparta）含水层的研究工作，在阿肯色州、路易斯安那州、密西西比州和田纳西州的部分地区启动。每年都要选定一个新的主含水层开展研究。今后可能成为高优先的含水层包括：盆地-山脉地区的碳酸盐岩层、高平原地区、哥伦比亚高原、北极滨海平原和佛罗里达州的含水层。

    联邦填图的卡罗来纳大陆边缘项目和州填图的项目，已为北卡罗来纳州和南卡罗来纳州提供了地质框架信息。州填图的项目信息，正在用于得克萨斯州Edwards-Trinity含水层系统，俄克拉何马州Arbuckle-Simpson含水层，新墨西哥州Espanola盆地，弗吉尼亚州、西弗吉尼亚州和马里兰州的谷地-山岺（Valley and Ridge）含水层系统的地下水模型的开发。

    地下水办公室成员、区域主管及其下属，以及地质学家们，排定了新含水层研究的优先次序，其准则如下：（1）必须是可从地质框架中得到重要水文信息的大型区域性水源；（2）必须有可用于建模的地下水模型研究方法；（3）必须是因多方面用水而引发了环境压力的区域。全国合作地质填图计划的协调者积极地参与此类规划的制定。

   经改进的地质框架的未来发展，将会增强区域性的地下水评价工作，其途径是扩展对下述效应作准确模拟的能力：（1）就资源量而论的地下水开采效应；（2）人为引发的地下水污染效应；（3）自然产生的化学物种在地下水中的运移效应；（4）咸水对淡水体系的入侵效应；（5）地下水开采造成的沉陷和裂隙效应。要改进对储体中地下水量和地质单元内水力学属性的评估，也需要准确的三维地质模型。未来的地下水资源管理，将愈来愈依赖于对可供对比的管理方案的计算机模拟，也就需要越来越完善的三维地质图。专门针对含水层系统建立的新一代三维地质框架模型，将依据以下条件：（1）用与水文地质属性特别相关的野外数据扩编出的非图幅边界的截边地质图；（2）类似在油气勘查中应用的以精细钻井编录为依据的地下填图技术；（3）高分辨率的浅部地球物理测量与填图；（4）将沉积环境与含水层及其所在地质单元的属性联系起来的定量经验模型。

    3．建立用于减灾的地质框架

    与美国地调局灾害计划（USGS Hazards Program）的合作，主要集中在给县或相当行政区提供用以制定减灾措施的地质填图信息上。例如，将来会需要完善而精确的地壳尺度三维模型，用以深化对现有地震和其他灾害的认识。关于地质建造和断层等地质构造的详细认知，对这些模型的准确性至关重要。三维地质图和可视化项目，已开发出三维地质图和数据库，使国土利用规划人员能更好地理解与加利福尼亚的地震和滑坡有关的潜在地质灾害。这种产品的一个用场，是量化地面振动和优化地震位置预报。肯塔基州地调局正在生成用于了解该州东部滑坡灾害的地表地质图和数据库。全国合作地质填图计划、肯塔基州地调局、美国地调局滑坡灾害计划之间的合作，将使肯塔基州的这些行政区受益，进而将使美国的其他地区受惠。

    在因野火而造成生命和财产损失方面，美国的风险甚至比以往要大。在过去的几年里，全国合作地质填图计划一直在资助科罗拉多州山前城市走廊（Front Range urban corridor）区的地质图项目。这些地质图被用来显示整个区域内地质状况对发生野火的影响。该信息对国土管理者将是极其有用的，可用来制定减轻火灾、处理被烧过的土地、侵蚀作用控制和过火斜坡稳定性评估等计划。今后，这些工作将扩展到美国易发野火灾害的其他地区。

    4．了解地表过程

    对于了解和预测与水文变化相关的气候效应，以及了解和预测人类活动对景观、生态系统功能及地学灾害的影响来说，地表地质图仍旧是至关重要的，尤其是在与描述地表物质物理性质的数据库结合起来时，地表地质图就构成了评价各种各样土地属性的多用途工具。由于景观作用过程与气候和水文过程是紧密关联的，沉积层序就记录下了有关过去气候的信息，以及地貌对气候变化响应的信息。沉积物的物理性质也影响着生物区内水和营养物的可供性，因而，沉积物的属性信息，对于预测和监测生态系统的功能、健康状况和功能恢复，是至关重要的。为确定这些过程的速率并定量地确定与气候的联系，未来要努力增强与地表地质研究相关联的地质年代学的能力。

  5．生产陆－海区地质图

    地质地层单位也像大多数重力和磁性异常一样，经常越过连续的海岸线继续延伸。海岸线并不构成海水入侵、地下水污染或矿产和油气资源的边界。与此相反的是，大多数现有的地质图都没有展示海岸线以外的信息。这主要是因为能得到的海区地质的详细资料相当的少。不过，对于能以有效方式表示出陆－海区地质状况的地质图的需要，正在逐渐增大。目前，这种类型的地质图正在生产之中，南加利福尼亚州的地质图表述的是地表地质，圣弗兰西斯科湾地区的地质图是为了了解地震灾害。全国合作地质填图计划将与美国地调局海岸和海洋计划（USGS Coastal and Marine Program）和美国地调局以外的伙伴一起工作，研制生产由陆地到海洋的不间断地质图的方法。

    目的2：通过生产高质量、多用途的数字地质图及匹配的数据库和报告，增大美国的地质图覆盖率。

    在20世纪五六十年代，地质图（比例尺1: 63,360及更大）的生产速率很高。在20世纪七八十年代，生产速率降低（图7）。1992年通过了《国家地质填图法案》，1997和1999年“填图法”又再次授权，国会认识到，地质填图在矿产资源利用、环境有效管理、生活和工业废弃物安全处置，以及减轻自然灾害方面有重要意义。它设立了在美国地调局领导下的全国合作地质填图计划，以增加美国地质图的生产。虽然本计划从未获得“填图法”所预期水平的资助，但已经对地质填图工作产生了显著影响。“填图法案”通过之后，地质图的生产速率几乎立即增大，此后也一直在增大（图7）。

       图7　最近六十年地质学家以1: 10万和更大比例尺填图的平方英里数及2000-2009年间计划填图的平方英里数（*为计划的）
   

  全国合作地质填图计划承担的责任是：自今往后，负责生产高质量的地质图；保证数字图件的信息层要适于开发有特定用途的派生图件。数据库要支持并构建这些地质图，要包含图件用户所需的重要信息；凡属开发这些数据的有效服务途径的研究，本计划将予以鼓励。肯塔基州地调局与美国地调局的国家地质图数据库项目合作，承担着对这种研究的领导，已开发了与资源和灾害有关的特定社会问题连接的地质图数据库。很多州填图和教学填图项目，也与此类地质信息服务工作相关联。例如，在加利福尼亚州，正在编辑用于开发地震灾害带图件的数字化数据库。将来，在美国越来越多的区域，类似信息会变得易于获得。

    目的3：在数据采集与保存和图件制备与交付方面开发更有效的地质图生成技术。

    虽然生产地质图的各单位采用着多种多样的方法来采集、编辑和出版地质图数据，但它们全都在转向用数字化方法流水线式地生产地质图。1995年之前，大多数野外数据记录在纸质图件上和记事本内。便携式计算机和全球定位系统（GPS）技术的新进展，已缩短了野外工作时间，并可更有效地采集和处理野外数据。由于数据可在野外直接置于地理信息系统（GIS）之中，地质图的很多部分可实时生成。在获此进展之前，数据都是在办公室里用手工标绘到工作草图上的，这就增加了导入错误的机会。野外数据的数字化采集还允许使用多重备份系统，使信息更加安全，如果野外记事本或者野外图件丢失，无需再次采集数据。此外，新的数字摄影测量法已能根据航空照片生成准确的数字式高程模型，使地质学家能够对一些地质特征做室内编图。这种野外工作前的事先准备工作，会节省花在特定构造上的野外填图时间。
现在，地质图的室内编辑可在GIS系统的屏幕上进行，各种类型的计算机图形软件能很容易地用来生成图版。在数字化方法之前，同一张地质图的每一块版都要分别编辑，通常用手工绘制。数字化编辑在这个流程中又增添了一步，因为现在必须把元数据跟每一个数字产品匹配起来。目前，在图件编辑中使用着很多不同的技术。将来，这些程序的标准化会节省时间，促成可观的成本效益。

    过去，出版纸质地质图需要手工制图和摄影技术，这是耗时费事的工作。通过使用出版图件的数字文件，就免去了其中的许多工作。用数字文件的形式出版地质图，因为可以根据地质图用户的需要进行下载或绘制，便能节省那些多余的时间和成本。在过去的10年中，生产地质图的数字技术的进步，既缩短了生产时间，又降低了生产成本。将来，通过执行标准化程序和使用改进的技术，将会实现更高的效率，因为这些程序和技术已在研制，特别是在针对地质图的编辑进行研制。

  目标2：以各种数字化格式提供地质图、报告和数据库，使地质图信息更易于被公众理解。保存美国地调局广博的古生物标本及匹配的数据库，并使之通俗易懂。

    现在，国家需要的是可相互照应并能综合成国土利用工具和决策工具的产品。计算机技术和地理信息系统（GIS）的变化，已增强了地质图的实用性。现在，地质信息能表现成单独的数字层，便于操作，并易于和其他地球科学数据集及国土管理信息综合。这就提供了查看信息的新方式，对国土利用决策特别有用。例如，如果市政府有意确定渣土填埋地点，他们就能调出有潜在溶洞的地质单元，将这些地区划作备用地。

    地学的多学科信息综合的新进展，业已改进了地质图数据库的用途。诸如航磁测量、钻孔录井及其他地球物理测量数据，亦可包含于地质图数据库之中，帮助地质学家窥测地下情况。这些类型测量信息的综合，有助于开展三维地质研究，用于建立模型。

    所有这些，并不意味着传统地质图产品不再有用。很多以野外为根基的学科都要用传统地质图，因为它便于使用，且展示着一个地方的所有地质资料。带一台计算机出野外，并非经常的做法；对野外应用而言，计算机的缺陷是屏幕大小有限，并不是总揽信息的最有效方式。在野外，计算机不如印刷的地质图那样可靠，因为它可能失去电源，出现病毒，也不能很好地适应极端天气条件。

    在今后5 年里，全国合作地质填图计划将继续改进提供地质图数据服务的方式。将来的地质图产品，将包含数字化图层中的所有地质数据，数据层可以用好几种格式进行存储，让其他地质学家、国土利用规划者和工程师易于使用。同时，野外数据将继续编辑成传统的地质图，可以印刷或者绘制出来，供野外使用和区域性编图及无缝拼接图件。

    为了进一步成功开发数字地质图数据库，有几点要求。首先，美国地调局必须有能够进行数据采集和操作的人员，包括古生物学、地质年代学、地球物理学的人员，GIS技术人员和电脑程序员。要开发能有效而合理地提供地质数据的软件，电脑程序员是至关重要的。其次，服务器上必须有大量可用的虚拟空间，以储存和传输蕴含着地质图的大型数据库。第三，州和联邦的地学组织内的交流与合作，对开发稳固的数据服务平台是十分重要的。第四，需要开发网络服务和数据库结构的专门标准。最后，需要有足够的资金，以支持为促成这些变化所需的人员和计算机软、硬件。

    目的4：开发与维护国家地质图数据库，建立可被广泛接受的用于数字地质图数据形成与管理的标准。

    按照1992年《国家地质填图法》的要求，国家地质图数据库（NGMDB） 是国家级的目录和档案，分布式地联通联邦和各州的地质图收藏。它目前包括：如何获取由全国合作地质填图计划资助开发的全部地质图的信息，与使地质图增值的多学科研究共同开发的数据库，以及美国地调局和美国州地质学家协会认为合适的其他图件和数据。国家地质图数据库还包括一部用于地质科学交流的地质辞典，一个供用户查阅拟用图件的图像库。将来，该数据库将包括：（1）为提高地质图信息的获取、编辑、分析、生产和传播的成本效益而开展的数字化方法的研究成果；（2）为搞清地质图单元的时代和历史提供关键信息的古生物、地质年代学和同位素研究的成果。

  未来的另一目标是，进入国家地质图数据库的图件，都要使用标准的格式、符号和技术标志，这样一来，存库信息便能被访问、交换及对比。为有效而准确地向数据库送交地质图，各单位已经与联邦地理数据委员会（FGDC）合作，开发了这些标准。

    目的5：通过（基于）网络技术改进客户服务和传递全国合作地质填图计划信息。
    由于越来越多的信息通过互联网传播，用户期望着及时地、有效能、有效果地获取资料数据。全国合作地质填图计划正在努力地提供用户所需的资料数据。例如，全国合作地质填图计划与美国地调局地理信息办公室合作全部重新设计的网站，已于2005年开放。

    随着在美国地调局地质处内制定了新的“国家地质和地球物理数据保存计划”，保存美国地调局有价值的地学标本和样品，获取并制作适用于这些实物资料的数字化信息，重新成为重点工作。美国地调局的很多古生物学家将近退休，在他们离开之前，重要的事情，是把他们积累起来的信息以某种方式“抓取”出来，最大限度地便于我们的用户得到。另外，必须尽力保护那些已经离开美国地调局的古生物学家们留下的古生物信息，因为他们的资料信息“处境最为危险”。

    今后5 年，本计划将集中精力开发基于互联网的美国地调局古生物数据库，并提供服务，这个数据库要把100多年来美国地调局的化石研究信息，以地理位置为基础提供出来。

    目的6：通过正式的专题讨论会和培训，向我们的用户提供地质图信息。

    地质学家向用户传播地质填图信息的一个有效方法，是面对面的会议和专题讨论。堪称典范的有：Española盆地技术咨询组（EBTAG－Española Basin Technical Advisory Group）的专题讨论会和大山谷水资源科学论坛（Great Valley Water-Resources Science Forum）。
EBTAG是一个专业技术人员小组，代表政府和科学组织，对涉及Española盆地的地质、地球物理和水文地质研究进行指导。在增进对Española盆地三维水文地质和地质框架的了解中，全国合作地质填图计划通过联邦填图和州填图予以资助的地质填图项目，构成了整体工作的组成部分，对更好地管理该区的地下水是必不可少的一步。他们在一年之中要开一次为期两天的专题讨论会，共享当地的地下水资源信息。头一天，科学家们分享技术信息；第二天，则与当地社团的利益相关成员（包括政治家、国土利用管理者、部落代表）分享重要结果。
大山谷水资源科学论坛，在于加强美国地调局各科学计划的区域性综合，就美国东部大山谷地区地下水的可供性、脆弱性及水质等发表演讲。论坛包括来自美国地调局和大学、州及地方机构的代表，以及来自宾夕法尼亚、马里兰、弗吉尼亚和西弗吉尼亚的公众利益群体的代表。论坛每年召开两次，对象为地方政府、国土利用管理者和公众利益群体，美国地调局通过该论坛展示其资料和发现。

    目标3：确保全国合作地质填图计划有能力/队伍来满足国家的未来所需。

    美国地调局为满足国家的需要，其科学优先领域在不断演变。要适应变化着的科学优先领域，就需要改变队伍的结构，向新科学方向增加力量，减少经费越来越困难或不可能获得资助领域的力量。拨款水平给计划的发展或转向造成了困境，由于通货膨胀、设备成本上涨、因升职和生活费增长带来的工资成本增大，运行资金越来越多地被这些因素消耗掉了。维持不变的拨款水平和通货膨胀，搅乱了我们增加新技能的努力。5 年之内，50 %以上的地质研究人员，57%的管理人员和大约47 %的技术人员将到龄退休。尽管美国地调局的职工一般在到龄后不会立即退休，大量期待退休的人员，因丧失执行核心活动所需的关键技能，也威胁着美国地调局。另一方面，给预期的岗位调整提供了一个机会，可调整队伍规模，增加新生力量，给人员编制引入更多的灵活性，增加运作毛利。

    这些挑战也反映在由全国合作地质填图计划资助的人员上面。在过去10 年里，由于地质学家退休和转搞管理，地质填图人员和古生物学家的数量已经减少。全国合作地质填图计划将利用它的教学填图项目、美国地调局门登霍尔博士后研究职位计划和大学生就业教育计划（SCEP），帮助替换所需的人员力量。

    目的7：通过教学填图项目、大学生就业教育计划（SCEP）和门登霍尔计划，为下一代人员提供地质填图知识和经验。

    在负责地质填图的机构内，地质填图的队伍在过去几十年中业已缩小。作为《国家地质填图法》的一部分，全国合作地质填图计划于1996年设立了教学填图项目，以培训下一代地质填图人员。全国合作地质填图计划通过年度的竞争资助程序，将资金分配给美国和波多黎各的学院和大学。授予的每一份联邦资金，都要有大学的资金相匹配。擅长地质填图的地质学教授向教学填图申请资助，支持他们学院或大学的本科生和研究生搞为期一年的地质填图项目。这些项目集中在特定的地理区内。虽然各个项目仅持续一年，但可能会立足于前几年工作成果的基础之上。教学填图的地质学教授及其学生们，经常与在邻区填图的州填图和联邦填图的地质学家密切协作。

   从1996年起，全国合作地质填图计划通过教学填图，每年对20～30个州、哥伦比亚特区和波多黎各的30～40所学院和大学的60～70名学生进行资助。这些项目包括基岩填图和地表地质填图。来自133所大学的600多名学生接受过教学填图的合作津贴，总计约400万美元。有了教学填图的经历之后，这些学生中的40名，已经被美国地调局、内政部的其他局和其他联邦政府机构或州地调局雇用。2006年，有37所大学的65 名学生获得资助。这些学生的三分之一为高年级以上的学生。教学填图的成功主要源于让学生受到高质量的指导。很多教学填图项目，不仅包括与大学教授一起出野外的时间，而且包括与美国地调局和州地调局的地质学家们一起出野外的时间。这些经历都会伴随有野外总结，明显地提高了他们掌握经验的能力。

    教学填图是一个独特的计划，它填补了国家科学基金或其他拨款组织都不予资助的一个空缺。在今后5年中，全国合作地质填图计划将：（1）在教学填图的学生们完成学业和就业期间，继续对他们进行跟踪了解；（2）探索与历史上的黑人学院和其他少数民族机构合作的机会，以增强地球科学的多样性；（3）鼓励州和联邦的地质学家对教学填图的项目进行野外总结；（4）借助国家地质填图数据库，使公众可以得到这些图件。

    新近的一项全国合作地质填图计划的调查，收到了近200名前教学填图资助学生的答复，证明了教学填图是成功的。这些学生的90%以上，不是拿到了更高的地学专业学位，就是在地学领域找到了专业工作。留在地球科学领域的教学填图学生的百分比这么高，远远超过了国家的平均水平。究其原因，部分在于教授们为教学填图实践挑选了他们最好的学生；同时，另一个因素，就是作为一种市场商品，学生们填制和使用地质图的能力已被私营产业、州和地方政府，以及联邦政府认可。

    门登霍尔博士后研究职位计划为博士后人员提供了一种机会，可以与从美国地调局选定的专业人员协作，共同执行所关注的研究，这常常被视为他们正式工作前的最后一次准备。该计划也有意为他们提供一个研究经历，提高个人的科学素养和凭证。门登霍尔博士后研究职位计划将地球科学领域的最新专业知识带入正在开展的研究中。门登霍尔的人员为在美国地调局受聘两年，按GS-12级获得全额薪水和福利待遇。今后5 年，全国合作地质填图计划将继续支持这一重要举措，可以预料，从前的教学填图学生会继续进入到门登霍尔计划中来。学生就业教育计划允许美国地调局雇佣有前途的研究生，为他们指配地质学家和地质填图人员作指导。通过这个计划，美国地调局最近已经雇佣了好几个地质填图人员。

    四、计划评议与战略规划

    全国合作地质填图计划将继续征求来自外部和内部合作伙伴和客户的建议和评议。关于计划的广义指导方针和执行《国家地质填图法》的总体指导原则，是由本计划的十人联邦咨询委员会提出的，它由来自美国环境保护局、能源部和农业部、科学与技术政策办公室、美国地调局、州地调局、学术界和私营部门的代表组成。国家地质图数据库项目每年都会组织专题讨论会和论坛，在会上，来自美国地调局内外的合作者，都可陈述见解和提供反馈意见。新的联邦填图项目将与州地调机构联合制定，其目标由受益区域的需求评价工作会议确定。

    本计划每5～10年接受一次独立的外部评议。2007年，由美国科学促进联合会做的评议，主要集中在改进为客户做地质信息服务的方法上，包括本计划在生产派生产品和建立数据收集和保存标准中的作用。美国科学促进联合会提出的几项建议，在未来几年内将予执行：

（1）要实施更加正式的程序，以求在对使命、优先权和资源分配进行讨论和决策时，能征得意见和保证相关者的权益；（2）要对本计划资助的宗旨做出清晰表述，并与计划内外的利益相关者交流；（3）要通过联邦填图与州填图项目间的紧密合作和相互补充，来实现高优先的国家和州的地质填图需求；（4）工作要向包括州填图派生产品的方向发展。

    作为年度科学计划进程的一部分，联邦填图咨询委员会由计划管理人员、项目科学家，以及来自美国地调局水资源处、国家公园管理局、渔业和野生动物管理局、美国州地质学家协会的代表组成，负责对联邦填图项目的申请进行评议，提出改进现有项目的建议和关于新申请项目价值的建议。州填图和教学填图的外部资助申请，由国家授权的专门小组负责评议，该小组由来自美国地调局、州地调局和大学的科学家组成。全国合作地质填图计划、联邦咨询委员会、州填图和教学填图的专门小组提供申请指南，纳入计划通告中，每年征集一次外部项目申请。

附件：对全国合作地质填图计划的评审及指导意见.doc