崔美慧，董濤，邵長(zhǎng)凱，尹劍飛，張淼，雷印祥，王俊潔

(1．山東黃金地質(zhì)礦產(chǎn)勘查有限公司，山東 萊州 261400；2．山東省自然資源資料檔案館，山東 濟(jì)南 250013)

0 引言

我國(guó)礦產(chǎn)資源豐富，在生產(chǎn)勘探和開發(fā)過程中，投入了相當(dāng)多的人力和財(cái)力，也形成了大量的實(shí)物地質(zhì)資料，如巖礦心、巖(礦)石標(biāo)本、光(薄)片、測(cè)試副樣等，這些實(shí)物資料彌足珍貴，具有原始性、唯一性、不可再生性、可重復(fù)利用性等特點(diǎn)。近年來，隨著數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展，借助儀器設(shè)備對(duì)實(shí)物資料進(jìn)行數(shù)字化處理，可以將實(shí)物資料轉(zhuǎn)換成更易于存儲(chǔ)、管理的圖像及文字資料，不僅有助于信息的集成管理，還可以提高實(shí)物資料的利用率，有助于節(jié)約成本和提高工作效率[1-3]。

1 實(shí)物巖心資料保管及利用現(xiàn)狀分析

巖心是重要的實(shí)物地質(zhì)資料，傳統(tǒng)的實(shí)物巖心資料管理形式多為倉(cāng)儲(chǔ)式保管，由于一個(gè)礦區(qū)的巖心可能從數(shù)百米到數(shù)十萬(wàn)米不等，巖心數(shù)量多、體重大，對(duì)庫(kù)容需要高，不便于集中儲(chǔ)存管理，多由項(xiàng)目承擔(dān)單位自行保管，管理分散。此外，各礦山、地勘單位由于實(shí)物資料管理專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)不足，保存設(shè)施陳舊、保存條件差、管理不到位，導(dǎo)致資料損毀嚴(yán)重，存在隨意處置現(xiàn)象，這是對(duì)實(shí)物地質(zhì)資料屬于國(guó)有資產(chǎn)的認(rèn)識(shí)不足[4-5]。

隨著人類對(duì)自然的不斷索取開發(fā)，很多珍稀的自然資源不可再生，以前受技術(shù)手段的限制，再加上對(duì)實(shí)物資料的價(jià)值認(rèn)識(shí)不足，未能充分發(fā)掘巖心潛在信息，導(dǎo)致對(duì)其利用不充分，許多重要的實(shí)物巖心資料在提交項(xiàng)目成果后，就完成了使命，要么束之高閣，要么塵封于庫(kù)房[6]。近年來，在推進(jìn)實(shí)物地質(zhì)資料公共服務(wù)工作中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)信息源的損壞、丟失，因此，實(shí)物地質(zhì)資料的科學(xué)管理才提上日程。

目前，實(shí)物地質(zhì)資料的服務(wù)利用主要集中于為科研、生產(chǎn)技術(shù)人員提供觀察取樣和為大眾提供科普展覽服務(wù)，在網(wǎng)絡(luò)服務(wù)和信息共享服務(wù)方面還較為薄弱[9-10]。但是隨著信息技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字化地質(zhì)資料在公共服務(wù)方面的重要作用日益凸顯[7]，加強(qiáng)實(shí)物地質(zhì)資料數(shù)字化，提高實(shí)物地質(zhì)資料利用率顯得尤為重要。

2 開展巖心數(shù)字化工作的意義

巖心是地質(zhì)礦產(chǎn)勘查過程中得到的重要實(shí)物資料，它攜帶了地下數(shù)百至數(shù)千米深度處的重要地質(zhì)信息，是研究和了解地下地質(zhì)和礦產(chǎn)情況的重要媒介。但由于其搬運(yùn)、保管方面的諸多不便，導(dǎo)致其利用率低。開展巖心數(shù)字化建設(shè)，通過專業(yè)巖心掃描儀采集巖礦心表面圖像信息，進(jìn)而將實(shí)物巖心轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)可存儲(chǔ)、處理的文字、圖像等信息，通過圖文數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)將巖心圖像、巖心相關(guān)地質(zhì)信息(巖石名稱、巖性描述等)存入到圖像數(shù)據(jù)庫(kù)中，建立巖心綜合柱狀圖，實(shí)現(xiàn)圖文信息的統(tǒng)一管理，利用輸出設(shè)備和系統(tǒng)還可以進(jìn)行信息展示[11]。

在科學(xué)技術(shù)日新月異的今天，云計(jì)算、互聯(lián)網(wǎng)+、大數(shù)據(jù)等信息技術(shù)應(yīng)用是大勢(shì)所趨。山東省依托中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局“地質(zhì)云2.0”，遵循“大平臺(tái)、大數(shù)據(jù)、大系統(tǒng)、大集成”的理念，整合共享數(shù)據(jù)資源，建成“地質(zhì)云·山東”服務(wù)平臺(tái)山東結(jié)點(diǎn)?！暗刭|(zhì)云·山東”服務(wù)平臺(tái)構(gòu)建了資料查詢、地勘項(xiàng)目管理、鉆孔數(shù)據(jù)—山東、地學(xué)文獻(xiàn)、地學(xué)科普、地質(zhì)詞典等功能模塊。此外，為突出展示山東優(yōu)勢(shì)礦種金礦，“地質(zhì)云·山東”平臺(tái)設(shè)立金礦專題，以膠東主要金礦床為例展示山東省金礦勘查成果，而實(shí)物巖心數(shù)字化是構(gòu)建“地質(zhì)云·山東”金礦專題的基礎(chǔ)性工作，是“山東特色”的又一重要發(fā)展。

3 巖心數(shù)字化實(shí)踐

膠東地區(qū)是全球重要的黃金成礦集區(qū)，也是金礦實(shí)物地質(zhì)資料收集保管的重點(diǎn)區(qū)域[12]。山東省為了提升全省地質(zhì)資料智能化和信息化管理水平，實(shí)現(xiàn)全省地質(zhì)信息高效共享和精準(zhǔn)服務(wù)，以省內(nèi)優(yōu)勢(shì)礦種金礦地質(zhì)資料為代表，在2018年率先開展了“山東省地質(zhì)大數(shù)據(jù)集成與社會(huì)化服務(wù)示范研究”項(xiàng)目，該項(xiàng)目主要通過對(duì)相關(guān)金礦地質(zhì)成果資料的矢量化和實(shí)物地質(zhì)資料數(shù)字化處理，使有關(guān)地質(zhì)資料更加便于保管，并能夠?yàn)橛脩籼峁└憬?、更?yōu)質(zhì)的服務(wù)。其中，巖心數(shù)字化是其重要子課題之一，它以館藏典型實(shí)物巖心掃描為重點(diǎn)工作內(nèi)容，結(jié)合鉆孔技術(shù)數(shù)據(jù)的錄入，建立鉆孔綜合信息數(shù)據(jù)庫(kù)，利用輸出設(shè)備和系統(tǒng)進(jìn)行信息加工、處理、展示，為“地質(zhì)云·山東”門戶建設(shè)提供實(shí)物地質(zhì)資料數(shù)據(jù)支撐。

3.1 數(shù)字化鉆孔巖心選取

山東省萊州市西嶺村金礦是山東黃金集團(tuán)于2016年發(fā)現(xiàn)的超大型金礦床，礦區(qū)內(nèi)詳查階段共完成鉆探工程量13.30萬(wàn)余米，總投資達(dá)3.30億元，累計(jì)探明新增金金屬量382.58t。在項(xiàng)目勘查過程中開展的“膠西北金礦集區(qū)超深部綜合地質(zhì)研究與資源預(yù)測(cè)”大型科研項(xiàng)目，對(duì)西嶺村金礦的發(fā)現(xiàn)起到了十分重要的指導(dǎo)作用，該項(xiàng)目豐富了蝕變巖型金礦的成礦控礦理論，填補(bǔ)了膠東乃至國(guó)內(nèi)深部金礦成礦規(guī)律研究的空白。ZK96-5即為配套科研項(xiàng)目而實(shí)施，它是中國(guó)巖金勘查第一深鉆，終孔深度4006.17m，館藏實(shí)物巖心長(zhǎng)度總計(jì)3885.99m，由山東黃金實(shí)物中心保管。對(duì)鉆孔ZK96-5的巖心進(jìn)行掃描，建立巖心綜合柱狀圖，可以讓埋藏于地下數(shù)千米的巖石直觀地展示在大眾眼前，讓更多人了解地球深處的物質(zhì)組成、巖石結(jié)構(gòu)、構(gòu)造屬性；也有助于科研單位研究深部成礦規(guī)律，探索深部找礦理論。本文以山東省萊州市西嶺村金礦館藏鉆孔ZK96-5為例詳述巖心數(shù)字化的工作過程。

3.2 掃描儀器、圖文處理軟件及掃描方法

本次工作選用的掃描儀器及圖文處理軟件均由四川大學(xué)研發(fā)，巖心掃描儀型號(hào)為CISS-VII型，巖心掃描軟件為CISS巖心掃描軟件V2.0(Core Scan)，巖心圖像裁剪軟件為“CoreCut_View1”，利用巖心圖文管理系統(tǒng)建立圖文數(shù)據(jù)庫(kù)。

不同種類的巖心，適用的掃描方法不同。目前常用的巖心掃描方法，按照光源類型分為白光掃描和熒光掃描，按照掃描方式分為平動(dòng)掃描和滾動(dòng)掃描。白光掃描適用于所有巖心，熒光掃描主要適用于油氣類巖心、巖屑；平動(dòng)掃描主要用于采集巖心上表面信息，完整巖心和破碎的巖心均可進(jìn)行平動(dòng)掃描；滾動(dòng)掃描可以采集圓柱狀巖心360°的外表面信息，要求巖心為完好的圓柱體。本次工作任務(wù)主要采集巖心上表面信息，采用的掃描方法為白光平動(dòng)掃描。

3.3 巖心數(shù)字化工作流程

巖心數(shù)字化的目的是將實(shí)物巖心轉(zhuǎn)變?yōu)楦奖愦鎯?chǔ)的圖像和文字信息，在數(shù)字化過程中要保障資料的完整性和真實(shí)性。開始巖心掃描前，需要提前做好準(zhǔn)備工作：將與待掃描鉆孔相關(guān)的原始地質(zhì)資料準(zhǔn)備齊全，如原始地質(zhì)編錄表、鉆孔柱狀圖、地質(zhì)鉆探班報(bào)表等；清點(diǎn)待掃描鉆孔全部巖心，將巖心按照箱號(hào)有序擺放，除去巖心箱中的雜物，對(duì)巖心做好清潔工作。

巖心數(shù)字化工作內(nèi)容主要包括巖心掃描、掃描原始圖像裁剪、建立巖心圖文數(shù)據(jù)庫(kù)，主要工作流程見圖1。

圖1 巖心掃描工作流程圖

3.3.1 巖心掃描

(1)啟動(dòng)掃描儀并預(yù)熱。啟動(dòng)計(jì)算機(jī)，進(jìn)入掃描系統(tǒng)；打開掃描儀，為保證掃描圖片的質(zhì)量，掃描前儀器應(yīng)充分預(yù)熱，一般不低于10min。

(2)掃描儀對(duì)焦。將巖心置于掃描儀載物臺(tái)上，推動(dòng)載物臺(tái)，使任意一格巖心正對(duì)鏡頭，然后旋轉(zhuǎn)鏡頭，使鏡頭燈長(zhǎng)軸方向與巖心箱長(zhǎng)軸平行，按下自動(dòng)對(duì)焦按鈕，儀器自動(dòng)對(duì)焦。對(duì)焦完成后，旋轉(zhuǎn)鏡頭，使鏡頭燈長(zhǎng)軸方向與巖心箱長(zhǎng)軸垂直(圖2)。

a—鏡頭燈長(zhǎng)軸方向與巖心箱長(zhǎng)軸平行；b—鏡頭燈長(zhǎng)軸方向與巖心箱長(zhǎng)軸垂直圖2 掃描儀對(duì)焦

(3)選擇掃描方式，設(shè)置掃描參數(shù)。雙擊啟動(dòng)“CoreScan”掃描軟件，選擇掃描方式為“白光平掃”。設(shè)置掃描參數(shù)(掃描巖心的長(zhǎng)度、寬度及分辨率)，本次掃描參數(shù)設(shè)置為：長(zhǎng)度90cm(巖心箱長(zhǎng)80cm)、寬度27cm、分辨率為400dpi。

(4)圖像存儲(chǔ)。掃描完畢后，點(diǎn)擊“文件”→“入庫(kù)保存”→“選擇路徑”，錄入相關(guān)信息(鉆孔編號(hào)、盒號(hào)、起始格號(hào)、終止格號(hào)、總格號(hào)等信息)，點(diǎn)擊“確定”保存。

本次掃描工作文件夾命名為“礦區(qū)名稱+鉆孔編號(hào)+掃描方法”，即“西嶺村礦區(qū)ZK96-5白光平動(dòng)掃描”。經(jīng)過巖心掃描形成2種同名文件：“.jpg”和“.txt”文件，“.jpg”文件為巖心原始圖像，“.txt”文件用于存儲(chǔ)巖心掃描時(shí)錄入的信息?！?jpg”和“.txt”文件命名為“盒號(hào)-起始格號(hào)-終止格號(hào)-總格號(hào)”，如“495-1-3-6”代表第495箱巖心(共6格)1-3格的巖心圖像。

掃描工作文件夾、巖心原始圖像及對(duì)應(yīng)的TXT文本如圖3所示。

a—巖心掃描文件夾；b—巖心原始圖像信息；c—巖心原始圖像圖3 巖心掃描文件

至此，一個(gè)掃描過程完成，后續(xù)的工作即不斷重復(fù)掃描，直至將一個(gè)鉆孔的巖心全部掃描完成，即結(jié)束該鉆孔的掃描工作。

3.3.2 巖心掃描原始圖像裁剪

通過掃描生成的每張?jiān)紙D像可能包含1-3格巖心(圖3c)，為了還原巖心在地下的真實(shí)狀態(tài)，生成巖心綜合柱狀圖時(shí)需要將所有圖像和文本按照回次(深度)導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫(kù)，所以需要對(duì)巖心掃描原始圖像進(jìn)行逐張、逐格裁剪。

圖像裁剪工作文件夾命名為“礦區(qū)名稱+鉆孔編號(hào)”，即“西嶺村礦區(qū)ZK96-5”，裁剪時(shí)錄入文件名、礦區(qū)名、鉆孔編號(hào)、進(jìn)尺起始(終止)位置、起始(終止)井段等信息。與巖心掃描類似，經(jīng)過裁剪也形成2種同名文件分別用于存儲(chǔ)圖像和文本信息。文件命名規(guī)則為：以“回次”漢語(yǔ)拼音首字母大寫“HC+回次號(hào)”組成，如“HC1，HC2”等。當(dāng)一個(gè)回次的巖心占用2個(gè)及2個(gè)以上巖心箱格子時(shí)，裁剪后一個(gè)回次的巖心由多張圖片組成，利用加后綴名的方法加以區(qū)分，如“HC25-1”代表第25回次的第1張巖心圖像，“HC25-2”代表第25回次的第2張巖心圖像。

掃描工作文件夾、巖心裁剪圖像及對(duì)應(yīng)的TXT文本如圖4所示。巖心圖像裁剪的同時(shí)填寫巖礦心掃描記錄表(表1)。

表1 西嶺村礦區(qū)ZK96-5巖礦心掃描記錄表

a—巖心裁剪文件夾；b—巖心裁剪圖像信息；c—裁剪后巖心圖像圖4 巖心原始圖像裁剪文件

3.3.3 建立巖心圖文數(shù)據(jù)庫(kù)

利用巖心圖文管理系統(tǒng)模板錄入鉆孔ZK96-5的巖性描述信息，通過系統(tǒng)的導(dǎo)入功能導(dǎo)入鉆孔ZK96-5全部巖心的圖像、文本文件和巖性描述表，即可將巖心圖像和地質(zhì)編錄的文字信息存儲(chǔ)入巖心圖文管理系統(tǒng)，形成巖心綜合柱狀圖，位于同一個(gè)局域網(wǎng)內(nèi)的用戶均可以在線查看。此外，為了方便成果應(yīng)用，可以將巖心圖文管理系統(tǒng)的巖心綜合柱狀圖導(dǎo)出為離線成果文件夾，該文件夾中包含了巖心圖像、白光平掃相冊(cè)、巖心綜合柱狀圖等全部?jī)?nèi)容，其中“離線成果展示”文件夾—綜合柱狀圖文件(.html)的可用于成果展示。

經(jīng)過巖心數(shù)字化，建立了包含巖心圖像、巖性地質(zhì)描述與深度一一對(duì)應(yīng)的巖心綜合柱狀圖(圖5)，將原來埋藏在地下、儲(chǔ)存于庫(kù)房的巖心直觀地展示出來。使用者可以在計(jì)算機(jī)上瀏覽、查詢整孔巖心圖像和巖性描述信息，精確地確定擬研究的重點(diǎn)巖心段，避免巖心的反復(fù)搬動(dòng)，提高了工作效率，同時(shí)也減少了利用者對(duì)實(shí)物直接觀察造成巖心磨損的幾率，有利于保護(hù)館藏實(shí)物巖心。

圖5 巖心綜合柱狀圖示例

3.4 數(shù)字化成果利用

巖心數(shù)字化的成果主要為巖心掃描圖像、巖心地質(zhì)描述信息及化驗(yàn)分析數(shù)據(jù)等資料，可直接存儲(chǔ)于電子光盤、移動(dòng)硬盤等介質(zhì)，便于匯交、歸檔，同時(shí)，這些成果可以上傳至“地質(zhì)云”或?qū)嵨锏刭|(zhì)資料服務(wù)平臺(tái)，方便用戶查詢、瀏覽，促進(jìn)資源共享。

隨著找礦理論和找礦方法的不斷進(jìn)步，研究人員對(duì)地質(zhì)資料的認(rèn)識(shí)也在不斷發(fā)展，對(duì)礦山積累的實(shí)物地質(zhì)資料進(jìn)行二次或者多次開發(fā)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義[13-15]。但是如何能夠提高地質(zhì)資料二次開發(fā)的效率并減少對(duì)實(shí)物資料的破壞，進(jìn)而延長(zhǎng)實(shí)物資料的使用年限，合理利用實(shí)物地質(zhì)資料數(shù)字化成果可以有效解決上述問題。

4 實(shí)物地質(zhì)資料數(shù)字化成果總結(jié)與思考

4.1 山東省實(shí)物地質(zhì)資料數(shù)字化首選優(yōu)勢(shì)礦種

膠東金礦床4000m深鉆孔巖心的數(shù)字化，可以為未來深地資源勘查項(xiàng)目提供地質(zhì)資料網(wǎng)上服務(wù)，為促進(jìn)地質(zhì)成果共享發(fā)揮重要作用。為了還原實(shí)物巖心的真實(shí)面貌，同時(shí)保證進(jìn)度，實(shí)施過程中做了大量的基礎(chǔ)性工作：首先巖心的清潔去塵必不可少；其次，對(duì)巖心平臺(tái)做了改進(jìn)，增加了標(biāo)尺，使巖心快速、準(zhǔn)確定位，提高了工作效率。

4.2 巖心數(shù)字化有利于提高實(shí)物巖心的利用率

地質(zhì)資料是地質(zhì)工作的重要成果表現(xiàn)，地質(zhì)資料信息化建設(shè)是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在地質(zhì)行業(yè)的具體運(yùn)用。利用巖心掃描技術(shù)，將巖心數(shù)字化后，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)共享，這樣既可以供行業(yè)內(nèi)人員查閱，指導(dǎo)類似礦產(chǎn)的地質(zhì)勘查，降低勘查風(fēng)險(xiǎn)，又可以向全社會(huì)更好地展示地質(zhì)工作成果，為向社會(huì)提供更高效、便捷、豐富的服務(wù)打好基礎(chǔ)，為我國(guó)礦業(yè)發(fā)展創(chuàng)造條件。

4.3 巖心數(shù)字化有助于完善“地質(zhì)云”平臺(tái)內(nèi)容

由中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局主持研發(fā)的“地質(zhì)云”平臺(tái)，是一套綜合性地質(zhì)信息服務(wù)系統(tǒng)。其館藏資料版塊可以提供館藏成果資料和實(shí)物資料的在線瀏覽，目前平臺(tái)上已有4000多個(gè)項(xiàng)目建立了實(shí)物地質(zhì)資料目錄數(shù)據(jù)庫(kù)，但是大量項(xiàng)目缺少實(shí)物資料數(shù)字化成果，有的是因?yàn)閷?shí)物資料缺失，更多的是因?yàn)樯形撮_展數(shù)字化工作。