一、国家合作地质填图计划的产生背景
到20世纪80年代晚期，美国用于土地利用和资源评价的合适比例尺的地质图覆盖面积不到20%，并且这些地质图很少是按现代标准填制的数字化图件。由于认识到根据公众和国家需求进行区域尺度（1∶24000）地质填图的必要性，1988年USGS和美国州地质学家协会（AASG）开始酝酿国家地质填图计划。该计划由美国国会在1992年授权通过，最终形成了“国家合作地质填图计划”（NCGMP）。
美国国家合作地质填图计划的启动原因可以用1992年美国国会在国家地质填图法案（PUBLIC LAW 102-285）中所陈述的理由来解释。包括：
（1）在过去20年里地质填图活动发生了锐减。
（2）地质图是大多数应用科学和基础地球科学应用的主要数据源。包括：矿产、能源、地下水勘察；有毒物质和核废料处理选址；环境保护与土地利用评价和规划；减少地震灾害；预测火山灾害；公共事业生命线等基础设施和运输通道的设计；降低滑坡和地面破坏的损失；减轻海岸和河流侵蚀的效应；重要设施的选址及基础地质科学研究。
（3）在开始可能导致环境或诉讼项目之前，联邦机构、州和地方政府、私人企业和大众依靠地质图信息决定环境破坏程度。
（4）州、联邦和研究机构所提供的地质图还不能满足美国现在和未来国家安全、环境保护和能源自给的需要。
（5）州政府愿意提供50%的经费用于完成州所在地区的地质填图。
（6）合适地质图的缺乏导致大坝和废弃物处理等设施设计的不完善。
（7）地质图被证明是寻找石油和矿产资源不可缺少的图件。
（8）为了系统地建立需求日益增长的国家地质图数据库，需要进行国家层次的综合地质填图计划。
二、国家合作地质填图计划的目标任务与分工
（一）国家合作地质填图计划的目标任务
在1992年国家地质填图法案颁布之前，美国地质填图的主要目的是发现和开发能源与矿产资源。近年来，地质填图的需求更多地来源于环境领域，如生态和废料设施选址等，而保持足够的清洁水资源成为国家合作地质填图计划的主要推动力。
国家合作地质填图计划的目标任务主要包括以下几方面：
（1）通过系统的与地质环境相适应的比例尺地质填图，建立国家地质框架，并且将地质图信息录入国家地质图数据库。
（2）通过建立国家地球物理图数据库、地球化学图数据库、地质年代学和古生物数据库，对地质图数据库进行补充描述和解释。
（3）应用经济的填图技术收集、生产、转化和分发地质图信息。
（4）地质图信息对国家土地利用管理的应用。
（二）国家合作地质填图计划的分工
国家合作地质填图计划由USGS领导，而填图项目分别由USGS及分支机构、州地质调查局和大学来承担。这些机构分别完成联邦地质填图及其科研工作、州地质填图和教学地质填图。相应地形成联邦地质图（FEDMAP）、州地质图（STATEMAP）和教学地质图（EDMAP）系列。虽然新一轮填图范围覆盖全美，但以州地质填图分布最广。USGS及分支机构、州地质调查局和大学承担的国家合作地质填图计划填图项目比例尺、范围和目标任务各有侧重，填图中的科研工作仅存在于联邦地质填图过程中，包括地球物理、地球化学、同位素年代学和数据库建设等内容。
1.联邦地质填图
为完成国家合作地质填图计划而组建的联邦地质填图队伍主要来自USGS及西部、中部和东部地区中心等分支机构。
USGS目前拥有各学科领域专家、工程技术人员和行政管理人员1万余名。其中科技人员占75%，具有博士学位人员占13%。人员主要集中在三大地区中心：东部地区中心分布在东部26个州，共有职工3300人，设有200个野外基地（含24个地区水文办公室，6个生物科学办公室，7个地质队和4个地理测绘队）；中部地区中心分布在中部15个州，共有职工3130人，有890个站点，74个派出办公室，5个生物科学中心，5个地质科学中心，3个制图和数据处理中心和15个区域水文队；西部地区中心分布在西部7个州及夏威夷和阿拉斯加地区，共有职工2700人。
1）联邦地质填图的目标
联邦地质填图的目标是建立对国家经济、社会和科学发展至关重要地区的地质结构，为土地利用、滑坡、地震、火山、泥石流、岩溶等灾害防治，地下水、矿产、能源等资源的开发利用，国家公园和森林等联邦土地的保护，生态系统和气候变化等研究提供高质量和多用途的数字地质图。填图优选区域将取决于国家对该地区地质图信息的需求或国家对解决该地区关键地学问题的需要。
2）联邦地质填图比例尺
USGS及三大地区中心等分支机构完成的地质图又称联邦地质图（FEMAP）。填图比例尺为1∶24000和1∶100000。
3）联邦地质填图与科研
USGS主要对国家经济、社会和科学发展至关重要地区的进行地质填图，除地质填图外，USGS及三大地区中心科学家还需要开展多学科的研究以支持地质填图工作和进行数据产品发布，满足用户的需求。为联邦地质填图（FEMAP）提供的多学科支撑作用主要包括：①建立国家地质图数据库；②研究使地质信息的获取、编辑、分析、地质图生产和分发更为经济的数字填图方法；③进行古生物调查，提供含化石地质单元的沉积环境和形成年龄信息，并提供给国家古生物数据库；④地质年代学和同位素调查，为地质单元提供放射性测年数据，并提供地质单元地温、地压和蚀变历史图谱，其结果提供给国家地质年代学数据库，如Wilson等（2006）在科罗拉多山脉北缘进行1∶10万地质填图时进行了大量的U-Pb、Rb-Sr、Sm-Nd、K-Ar、40Ar/39Ar、锆石和磷灰石裂变径迹测年，获得了元古宙和显生宙侵入岩时代及地貌形成演化过程（图2-1）；⑤开展地球物理调查以支持物质组成和三维地质构造的描述，调查结果提供给国家地球物理数据库；⑥开展地球化学调查，分析地质单元主要和微量地球化学成分，其数据提供给国家地球化学图数据库。
图2-1 科罗拉多山脉北缘1∶10万图幅岩石同位素年龄分布图
（据Wilson et al.，2006）
2.州地质填图
美国50个州地质调查机构约有1千多人的队伍，各州人员多数在30～100人之间，但由于各州的情况不同，人员分布极不均衡，如加利福尼亚州地调所有80多人，夏威夷州只有2人，而马萨诸塞州目前还没有专门队伍。州地调队伍主要集中在美国32个州，2001年共有810人，其中，从事资源地质调查的有389人，从事环境地质调查的为335人，其他人员为86人。
州地质调查局是国家合作地质填图的主体，如在2007年填图项目中，54个州地质调查局承担318幅1∶24000和1∶100000比例尺地质填图，占当年全国填图总数的72%，其中堪萨斯地质调查局承担最多，当年填图数为40幅，大多数州填图数为10幅左右，还有10个州地质调查局仅填1幅图。USGS共承担79幅，占总数的18%，其中东部、西部和中部地区地球表面演化工作组分别承担了16幅、45幅和18幅图幅；大学共承担43幅图幅，占总数的10%，其中得克萨斯州大学阿灵顿分校承担8幅，大多数大学仅承担1～2幅。
州地质填图由国家和州对等出资完成。在USGS的国家地质填图合作计划中，每年填图总经费为2850万美元，其中要拿出600万美元与各州地调机构按照1∶1的匹配比例开展合作填图。根据美国几个州地调机构来看，人均年工作经费约7～9万美元，大部分工作经费来自地方政府。按此标准推算，各州地调队伍年均工作费用大约在1亿美元左右，其中地方政府出资开展的公益性地质工作经费至少在5000万美元以上。
1）州地质填图的目标
州地质填图的目标是建立州地质调查局认为对本州经济、社会和科学发展至关重要地区的区域地质结构。州地质图（STATEMAP）用颜色、线条和符号标识了基岩和松散沉积物的空间分布。州地质图内容详尽，包括岩石的成分和年龄、矿山、矿点、断层和泉水等内容。
州地质图经常应用于以下几个方面：①矿产资源位置的确定；②地质灾害（如滑坡、地震、地面下沉）的评估；③交通路线的设计；④公共设施的选址（如垃圾掩埋场、核废料处理设施、污物处理地点、学校）；⑤土地利用项目和土地利用建议的评估；⑥政策调整；⑦对环境评估和保护（如石油储备、垃圾、蓄水层污染物）；⑧地下水的利用和保护；⑨自然资源的评估、开发、利用和管理。
2）州地质图填图类型
州地质图填图类型类似于英国地质填图，分为基岩地质填图和表层地质填图。
3）州地质填图选区
填图优先地区由代表多方的州专门小组决定，由美国50个州地质学家组成的州地质学家学会为各州提供优选填图区的指导，并与联邦地质填图优先区相结合。地质填图优先选区由州地质学家协会（AASG）提供指导，并由代表各部门的州专门小组来决定，但是在选择填图区时还要综合考虑地质图对土地利用和保护的需要。较大的工程如矿山、水坝、道路、桥梁和商业建筑物等都需要详尽的地质填图。而较小的工程，如水井和垃圾处理系统，也可以充分地利用这些地质图。除考虑目前的实际需要外，同时要兼顾社会发展长远规划。
如弗吉尼亚州2003年启动的I-81隧道项目就是一个典型例子。在弗吉尼亚州西部，I-81号州际高速公路沿着长达325km的阿巴拉契亚山谷修建。自20世纪60年代完工以来，I-81号州际高速公路已成为弗吉尼亚西部的交通要道，在旅游、商业和经济发展中发挥了重要作用。但I-81号州际高速公路周围的水资源、经济产品的开发、地质灾害、自然资源保护、道路和基础设施等问题日益突出。I-81隧道项目包括约70个图幅，这些图幅都在I-81公路的周围，其最终成果是填制将整个公路都包含在内的详尽的地质图。
Richmond城市区域填图项目覆盖了弗吉尼亚的山麓地带和沿海平原的16个城市，该地区城市人口预期到2030年增长35%，人口增长将会集中在现有城市的边缘地带。因此，需要地质资料来确定水源位置，并结合地质资料来最大限度地减少地质灾害的影响，减少道路和基础设施的费用。该项目的调查区域主要是人口密集、经济高速增长和地质资源丰富或有潜在灾害的地区。填图区域约45个图幅范围。该项目最终成果是提交该地区的数字化地质图。
4）州地质填图比例尺
填图比例尺以1∶100000和1∶24000为主，1∶24000大比例尺地质填图区可以位于1∶100000填图区内，也可以独立于1∶100000填图区之外，如路易斯安那州部署的地质填图（图2-2）。
图2-2 路易斯安那州STATEMAP不同比例尺填图项目分布图
3.教学地质填图
始于1996年的教学地质填图（EDMAP）主要用来为培养大学生的基本理论和野外研究能力提供野外地质填图实践机会。大学具有填图经验的教授可以申请EDMAP经费来支持大学生和研究生野外地质填图。但是，EDMAP填图仅限于比例尺为1∶24000的地质填图，并且需要有一个州地质调查局或来自USGS的教授作为合作者，后者将为EDMAP项目提供分享信息和资源的机会。教学填图（EDMAP）的成功之处在于培养了新一代地质填图人才，而国家自然科学基金之类的项目很少支持填图项目。
国家合作地质填图经费逐年增加，从1998年的2600万美元增加到2005年的6400万美元。其中73%～74%的经费用于联邦地质填图和科研工作，23%～25%的经费用于州地质填图，教学地质填图仅占总经费的2%。尽管填图项目数和资金数所占比例较少，但教学地质填图已为全美122个大学的600多名学生提供了填图实践机会。
三、填图比例尺
国家合作地质填图遵循从大比例尺到中比例尺的填图原则，重点填制1∶24000比例尺的地质图，1∶100000填图主要是利用1∶24000地质图进行修编，如果1∶24000地质填图有空白区时需要进行1∶100000填图。国家合作地质填图计划的另一任务是对原先已经完成的1∶100000和1∶250000中比例尺地质图的进行数字化。另外，在进行矿区填图时通常对区域进行小比例尺填图，而对最感兴趣的成矿地区进行大比例尺填图。而矿区和城市的更大比例尺地质图不属于国家地质图系列。
四、国家合作地质填图计划取得的进展
国家合作地质填图计划建立了填图进展数据库，以展示全国地质填图进展。数据库中包括图幅名称和进行状态、已完成的填图面积、填图数量、对以前已出版的地质图进行数字化编辑的数量及主要填图者的联系方式等。在地质图出版并归入到国家地质图数据库（NGMDB）中一年内，该项目数据将从填图进展数据库中清除。
填图进展数据库中的综合数据收集始于2003年，在2003～2006年4年中，USGS、州地质调查局和大学地球科学系已完成了近3000幅7.5′标准图幅的填图工作，其面积约150000平方英里；完成126幅30′×60′的1∶100000标准图幅填图任务，面积接近于171986平方英里。总之，国家合作地质填图在地震机制、地下水流动模型、矿产和油气勘探及减轻自然灾害等方面取得了重要的科学进展。
目前，USGS的地质填图多侧重于地质的实际应用方面，包括对人口中心或重要设施构成地震威胁的活动断层的调查，特别是易受滑坡或斜坡破坏影响的物质分布、火山喷发风险区的火山沉积物的分布及水、石油、天然气、废料（包括放射性废料）等地下物质运动规律的研究，记录气候随时间变化的地表沉积的研究。
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