張文煜

（甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查發(fā)開(kāi)局第一地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，甘肅 天水 741020）

當(dāng)代全球?qū)ΦV產(chǎn)資源的需求量在不斷增加，而地表中的礦產(chǎn)資源逐漸減少，找礦工作主要由地表礦、淺部礦、易識(shí)別礦向隱伏礦、難識(shí)別礦轉(zhuǎn)移，礦床定位預(yù)測(cè)因而成為成礦學(xué)研究的前沿和熱點(diǎn)。礦床的成礦預(yù)測(cè)需要綜合多源數(shù)據(jù)來(lái)預(yù)測(cè)研究區(qū)[1]。在當(dāng)前的找礦預(yù)測(cè)工作中，由于需要應(yīng)用多種地質(zhì)空間數(shù)據(jù)管理與分析系統(tǒng)、遙感圖像處理軟件、礦產(chǎn)預(yù)測(cè)決策型軟件和金屬礦產(chǎn)資源快速評(píng)價(jià)系統(tǒng)等多種軟件，找礦效率低?，F(xiàn)提出了一種地球化學(xué)找礦預(yù)測(cè)系統(tǒng)，以有效解決目前找礦工作中的效率問(wèn)題。從數(shù)字勘探模型開(kāi)始，利用多種數(shù)據(jù)對(duì)成礦預(yù)測(cè)過(guò)程進(jìn)行深入研究，結(jié)合證據(jù)方法和MAPGIS 組件應(yīng)用技術(shù)，來(lái)提升數(shù)字搜索引擎功能，實(shí)現(xiàn)多種來(lái)源的地質(zhì)信息的提取與合成，并將其應(yīng)用于礦產(chǎn)勘查當(dāng)中。

1 地球化學(xué)找礦預(yù)測(cè)硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在找礦預(yù)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)中，充分考慮了多種數(shù)據(jù)、多樣化的應(yīng)用需求以及業(yè)務(wù)的快速變化等特點(diǎn)，采用了系統(tǒng)平臺(tái)的靈活性和輕量相匹配的框架+插件結(jié)構(gòu)，滿足找礦系統(tǒng)的可擴(kuò)展、實(shí)用、可重復(fù)、穩(wěn)定等要求，同時(shí)也便于后期的升級(jí)。以地球化學(xué)特征作為找礦預(yù)測(cè)的判斷標(biāo)準(zhǔn)，將整個(gè)系統(tǒng)按業(yè)務(wù)邏輯劃分為表示層、業(yè)務(wù)層和數(shù)據(jù)層，并從系統(tǒng)設(shè)計(jì)角度將其劃分為硬件、數(shù)據(jù)庫(kù)和功能軟件三部分。

其中硬件設(shè)備提供了對(duì)找礦預(yù)測(cè)功能實(shí)現(xiàn)的硬件支持，具體包括初始地質(zhì)數(shù)據(jù)的采集和找礦預(yù)測(cè)結(jié)果輸出兩個(gè)方面。該設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件主要運(yùn)用鉆井及遙感改裝設(shè)備，從而提升初始數(shù)據(jù)的采集精度。在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，進(jìn)行分層勘探時(shí)，通過(guò)內(nèi)部電機(jī)裝置提供勘探點(diǎn)上的壓力，由中央控制器設(shè)置井深并采集底巖樣品[2]。

2 地球化學(xué)找礦預(yù)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

該設(shè)計(jì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)結(jié)合系統(tǒng)應(yīng)用程序環(huán)境，以構(gòu)建滿足系統(tǒng)需求的最佳數(shù)據(jù)庫(kù)模型，從而可以有效地存儲(chǔ)和共享數(shù)據(jù)，以滿足不同用戶的應(yīng)用程序需求。遵循標(biāo)準(zhǔn)性、一致性、獨(dú)立性、擴(kuò)展性、安全性、有效性和冗余性等原則，在系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)所需的地質(zhì)信息。成礦預(yù)測(cè)系統(tǒng)存儲(chǔ)和處理的數(shù)據(jù)具有清晰的空間特征，廣泛的來(lái)源和復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，其中包括地質(zhì)數(shù)據(jù)、地球物理和地球化學(xué)勘測(cè)數(shù)據(jù)以及遙感數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)類型具有一個(gè)共同的特征：包含有關(guān)空間結(jié)構(gòu)和屬性信息特征，還可能包含圖形、圖像與時(shí)間信息，其中屬性數(shù)據(jù)庫(kù)主要存儲(chǔ)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)中記錄的巖性特征數(shù)據(jù)等，以及來(lái)自實(shí)驗(yàn)室測(cè)試的數(shù)據(jù)，例如時(shí)間、位置、數(shù)據(jù)量、數(shù)量、大小、地理配準(zhǔn)以及其他描述對(duì)象空間位置的描述性數(shù)據(jù)。

3 地球化學(xué)找礦預(yù)測(cè)系統(tǒng)軟件功能設(shè)計(jì)

成礦預(yù)測(cè)是運(yùn)用基礎(chǔ)地質(zhì)和礦床地質(zhì)理論及相關(guān)技術(shù)手段，分析成礦區(qū)域條件及找礦信息，推斷潛在礦床及其特征。該系統(tǒng)軟件功能運(yùn)行程序大致分為六個(gè)步驟：首先確定成礦預(yù)測(cè)范圍、主要預(yù)測(cè)礦種、所需比例尺和原始基礎(chǔ)工作等；下一步將對(duì)各類地質(zhì)報(bào)告和圖件、地球物化探、重砂測(cè)量及遙感影像等地質(zhì)資料進(jìn)行系統(tǒng)整理；以此為基礎(chǔ)，進(jìn)行包括已知類型和未知類型的成礦地質(zhì)背景和勘探信息的研究工作，重點(diǎn)研究與成礦有關(guān)的構(gòu)造背景；并且提出一種方法，其中探索性信息在成礦預(yù)測(cè)中起直接指導(dǎo)作用；對(duì)地質(zhì)、礦產(chǎn)、地球化學(xué)、地球物理、水文、遙感等信息進(jìn)行綜合研究，并制作各種圖件；通過(guò)分析找礦信息，確定指標(biāo)和預(yù)測(cè)標(biāo)志，并繪制成礦預(yù)測(cè)圖，將基本搜索信息都反映在系統(tǒng)界面中。

3.1 采集礦床地質(zhì)信息

利用單元格形式進(jìn)行分割，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)處理硬件設(shè)備采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行量化處理，以矩陣排列信息，然后對(duì)其進(jìn)行圖像分析處理，具體的采集過(guò)程可以表示為：

該矩陣采用X、Y 兩軸相結(jié)合的方法，通過(guò)坐標(biāo)間的重新劃分，確定礦化位置的均值和方差，執(zhí)行二次圖像分析，從礦化之間的關(guān)系中分離出所需的數(shù)據(jù)點(diǎn)，重新劃分單元格，設(shè)置可變系數(shù)，提取數(shù)據(jù)并實(shí)現(xiàn)目標(biāo)模塊功能。

3.2 搭建礦床成礦模型

成礦模式的搭建主要是模擬斷層的波形和空間展布，并將力學(xué)作用和化學(xué)作用相結(jié)合進(jìn)行分析，為總結(jié)成礦規(guī)律提供數(shù)據(jù)支持?？氐V構(gòu)造的表面是三維空間中的一種復(fù)雜的曲面，對(duì)于勘探礦體，可以通過(guò)編制勘探線剖面，隧道平面圖，斷裂表面輪廓圖和3D 表面圖來(lái)了解空間形狀。在進(jìn)行淺水調(diào)查時(shí)，斷裂控制定律不能用于預(yù)測(cè)深部礦體。假設(shè)可以獲得斷裂表面的波形函數(shù)，則可以計(jì)算深度波形。設(shè)復(fù)雜的斷裂面波形為Z(X,Y)，這是由n 個(gè)方向、振幅、波長(zhǎng)和起點(diǎn)不同的單向正弦波合成的結(jié)果。如果能找出每一個(gè)單向波參數(shù)Ai、li、Bi，即振幅、波長(zhǎng)、方向角，由此可合成確定的波形函數(shù)。斷層剪切運(yùn)動(dòng)模擬，目的是研究礦化時(shí)期斷層的運(yùn)動(dòng)規(guī)律：一是通過(guò)野外觀察，對(duì)成礦階段斷層活動(dòng)規(guī)律進(jìn)行定性判斷；二是根據(jù)斷層平面中的波形數(shù)據(jù)模擬斷層在不同方向上的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，并逐點(diǎn)計(jì)算塌陷空間，生成斷層在礦化階段的運(yùn)動(dòng)方向，并與斷層厚度和礦化強(qiáng)度的斷層波形數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，找出最接近的斷層運(yùn)動(dòng)方向。

3.3 提取與分析礦床地球化學(xué)特征規(guī)律

通過(guò)建立成礦模型，提取和分析成礦地球化學(xué)特征，總結(jié)出與不同類型礦產(chǎn)資源相對(duì)應(yīng)的化學(xué)特征演化規(guī)律。礦床的基本成礦指示元素可根據(jù)蝕變巖、礦石和礦區(qū)巖石的元素差異確定。以金礦床為例，分別有Au、As、Cd、Pb、Ag、B、Bi、W、Rb、Zn、Sb、Sn 等十二個(gè)礦石地球化學(xué)特征元素，且各特征元素的富集系數(shù)均大于1.5。

3.4 實(shí)現(xiàn)地球化學(xué)找礦預(yù)測(cè)

根據(jù)區(qū)域化探數(shù)據(jù)得到目標(biāo)礦體元素異常圖，將目標(biāo)礦體元素按異常濃度進(jìn)行劃分：一倍異常濃度下限、二倍異常濃度下限以及四倍異常濃度下限分別對(duì)應(yīng)異常外、中、內(nèi)帶。同時(shí)利用累頻地球化學(xué)圖像進(jìn)行分析，并在中帶和內(nèi)帶范圍內(nèi)圈定找礦預(yù)測(cè)區(qū)。

綜合礦體目標(biāo)元素的分布特征、分布規(guī)律、規(guī)模、異常強(qiáng)度、區(qū)域及濃度分帶率，并與成礦區(qū)帶、控礦地層、巖體、控礦構(gòu)造的空間關(guān)系等信息，確定其找礦預(yù)測(cè)區(qū)。從圈定的預(yù)測(cè)區(qū)域來(lái)看，金屬量的預(yù)測(cè)值為：

4 系統(tǒng)應(yīng)用測(cè)試

該地球化學(xué)找礦預(yù)測(cè)系統(tǒng)采用綜合二次開(kāi)發(fā)模式。使用面向?qū)ο蟮目梢暬幊陶Z(yǔ)言作為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，可以充分利用礦石礦化建模軟件的強(qiáng)大功能（用于空間數(shù)據(jù)處理）和可視化編程語(yǔ)言（用于應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)），實(shí)現(xiàn)礦床成礦建模工具軟件的集成二次開(kāi)發(fā)。Maplnfo 公司的Maplnfo Professional7.0 及 其 基 于OCX 技 術(shù) 的GIS 功能組件MapX4.5 是一個(gè)礦床建模工具：屬性數(shù)據(jù)庫(kù)采用Microsoft Access 2000；開(kāi)發(fā)工具為Visual C++6.0，它是一種面向?qū)ο蟮目梢暬呒?jí)編程語(yǔ)言。

選擇已開(kāi)發(fā)的礦床作為此次實(shí)驗(yàn)的研究對(duì)象，收集該礦床的開(kāi)發(fā)數(shù)據(jù)將其作為礦床成礦模型的導(dǎo)入數(shù)據(jù)并得出對(duì)應(yīng)的模型構(gòu)建結(jié)果，收集該研究區(qū)域內(nèi)的礦床位置和礦床金屬產(chǎn)量并以此作為預(yù)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行的對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)。將三種預(yù)測(cè)系統(tǒng)得出的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，得出預(yù)測(cè)誤差，如表1 所示。

表1 系統(tǒng)預(yù)測(cè)誤差測(cè)試結(jié)果

從表1 中可以看出，三種找礦預(yù)測(cè)系統(tǒng)的平均預(yù)測(cè)誤差分別為2.978kT、1.540kT 和0.140kT，由此可見(jiàn)設(shè)計(jì)的找礦預(yù)測(cè)系統(tǒng)的預(yù)測(cè)誤差更小，即預(yù)測(cè)精準(zhǔn)度更高，將其應(yīng)用到實(shí)際的找礦工作中可以提供更加精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)參考，即應(yīng)用價(jià)值更高。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，該設(shè)計(jì)系統(tǒng)通過(guò)分析地質(zhì)構(gòu)造的演變過(guò)程、礦床成因、礦化關(guān)系、構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)、成礦元素運(yùn)移富集特征、流體包裹體以及同位素特征等，實(shí)現(xiàn)對(duì)礦床找礦預(yù)測(cè)系統(tǒng)的優(yōu)化，從系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果來(lái)看，設(shè)計(jì)的預(yù)測(cè)系統(tǒng)相比于傳統(tǒng)系統(tǒng)的預(yù)測(cè)精度更高，然而在系統(tǒng)測(cè)試中只對(duì)礦體的產(chǎn)量進(jìn)行測(cè)試，但對(duì)于礦床位置的預(yù)測(cè)未進(jìn)行測(cè)試，需要在未來(lái)的工作中進(jìn)行補(bǔ)充。