礦山地質(zhì)深層預(yù)測化探技術(shù)研究

李瑞峰

（華北地質(zhì)勘查局第四地質(zhì)大隊(duì)，河北 秦皇島 066000）

隨著礦山開發(fā)的逐漸深入，淺層礦產(chǎn)資源已經(jīng)不能滿足用礦需求，因此開采礦山深層資源迫在眉睫。在礦山深層開采過程中，對(duì)礦山地質(zhì)進(jìn)行深層預(yù)測工作十分重要。常用的預(yù)測技術(shù)有經(jīng)驗(yàn)預(yù)測、理論預(yù)測、統(tǒng)計(jì)分析預(yù)測以及綜合方法預(yù)測[1]。但這些預(yù)測技術(shù)對(duì)礦山深層地質(zhì)預(yù)測較為困難，化探技術(shù)是利用化學(xué)理論和相關(guān)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)礦山深層進(jìn)行地質(zhì)勘測的技術(shù)。因此本文使用化探技術(shù)對(duì)礦山地質(zhì)深層預(yù)測進(jìn)行研究。

1 化探技術(shù)采集礦山地質(zhì)

對(duì)于已經(jīng)開采的礦山對(duì)深層地質(zhì)可以直接進(jìn)行二次勘測，可以根據(jù)表層的礦山地質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析結(jié)合化探技術(shù)對(duì)礦山深層地質(zhì)進(jìn)行預(yù)測[2]。對(duì)于地表有植被覆蓋的礦山區(qū)域，采集地表巖石、土壤，按照表1中的檢測內(nèi)容進(jìn)行元素檢測。

表1 金屬元素檢測方法

巖石的抗風(fēng)化程度與其所含金屬元素的含量有關(guān)，檢測巖石風(fēng)化殼中不動(dòng)元素Al2O3和活動(dòng)元素K2O、CaO的比值，當(dāng)比值（鈣化指數(shù)）越高，其風(fēng)化程度越高。將土壤樣本浸泡在溶液中，靜止后取上層清液，使用化學(xué)試劑對(duì)上層清液進(jìn)行檢測。通過化學(xué)試劑的反應(yīng)現(xiàn)象，確定土壤清液中的金屬元素含量。使用電化學(xué)方法對(duì)水域沉積物懸濁液進(jìn)行電解，使用化學(xué)試劑對(duì)陰極聚集的離子進(jìn)行標(biāo)記，測出懸濁液的金屬離子成分。研磨巖石樣本，通電使得巖石內(nèi)部金屬離子向電解極移動(dòng)，使用化學(xué)試劑測試元素組成。礦山地表裂縫會(huì)出現(xiàn)微氣泡，使用圖1中的裝置對(duì)這些氣泡中的氣體進(jìn)行采集。

圖1 地氣采集裝置示意圖

使用化學(xué)試劑和氣體成分分析儀解析氣體成分，分析深層地表可能存在的礦藏。根據(jù)化探結(jié)果數(shù)據(jù)，形成礦山地質(zhì)元素文件，使用相關(guān)的分析技術(shù)對(duì)礦山地質(zhì)元素文件進(jìn)行處理，分析其中的地質(zhì)信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)礦山地質(zhì)的深層預(yù)測。

2 處理礦山深層地質(zhì)數(shù)據(jù)

預(yù)測礦山地質(zhì)深層需要分析主要元素，確定礦產(chǎn)類型。綜合使用化探技術(shù)時(shí)，會(huì)因?yàn)椴杉瘮?shù)據(jù)的量綱不同，影響后續(xù)預(yù)測精度。使用公式（1）進(jìn)行量綱統(tǒng)一。

其中，x'為統(tǒng)一量綱后的數(shù)據(jù)，為數(shù)據(jù)的平均值，s是數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差。通過公式（1）的量綱處理后，可以將數(shù)據(jù)化為均值為0、方差為1的數(shù)據(jù)。根據(jù)KL變化理論進(jìn)行主成成分分析[3]。將分析后的主成成分按照含量由高到低進(jìn)行排列。進(jìn)行與礦山地質(zhì)樣本的對(duì)比。假設(shè)礦山地質(zhì)元素文件中含有m種元素，樣本中含有n種元素，并且m＜n。這些元素經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)化處理后，形成矩陣A。

矩陣A中的第i行和第j列能夠表示對(duì)應(yīng)兩個(gè)元素之間的相似度。根據(jù)聚類理論對(duì)采集的地質(zhì)信息進(jìn)行分類。為將化探技術(shù)采集地質(zhì)數(shù)據(jù)與樣本進(jìn)行匹配，計(jì)算與樣品間的相似程度[4]。按照公式（3）計(jì)算化探技術(shù)采集地質(zhì)數(shù)據(jù)與樣本間距離，確定它們的相似程度。

距離值dij越小，說明與樣本越相似，距離值dij越大，相似程度低。根據(jù)計(jì)算出的相似結(jié)果，進(jìn)行聚類。以樣本為聚類的中心點(diǎn)，按照距離遠(yuǎn)近將化探技術(shù)采集的深層地質(zhì)數(shù)據(jù)分簇[5]。每一簇中包含數(shù)據(jù)最多不得超過k個(gè)，k＜＜m。將分簇剩下的數(shù)據(jù)，按照相似度進(jìn)行分簇。聚類后由于樣本數(shù)量多于化探數(shù)據(jù)，可能會(huì)造成出現(xiàn)小概率相同的距離值，此時(shí)計(jì)算兩樣本相似度，如果相似度高，隨機(jī)去除一個(gè)樣本數(shù)據(jù)；如果相似度低，將數(shù)據(jù)復(fù)制，分簇至兩個(gè)不同簇中，通過數(shù)據(jù)處理將相同距離值的數(shù)據(jù)進(jìn)行分隔。使用灰度模型實(shí)現(xiàn)對(duì)礦山深層地質(zhì)的預(yù)測。

3 實(shí)現(xiàn)礦山地質(zhì)深層預(yù)測

根據(jù)聚類結(jié)果，將地表的地質(zhì)數(shù)據(jù)與已經(jīng)分簇后的深層結(jié)果進(jìn)行聚類，將聚類結(jié)果作為灰度預(yù)測模型的輸入量。使用灰度預(yù)測模型，對(duì)聚類分簇后的礦山深層地質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。建立礦山地質(zhì)預(yù)測公式。

其中，a為灰度預(yù)測模型的發(fā)展系數(shù)，b為灰度預(yù)測模型的灰作用量，x為化探技術(shù)采集采集的數(shù)據(jù)。參數(shù)a、b與灰度模型的預(yù)測范圍有關(guān)，a越大，會(huì)導(dǎo)致誤差增加。由于對(duì)礦山地質(zhì)深層預(yù)測是根據(jù)主成成分進(jìn)行地質(zhì)劃分，因此將參數(shù)a的取值定為[0.3，0.5]?；叶饶Ｐ皖A(yù)測后的結(jié)果進(jìn)行誤差驗(yàn)證，使得數(shù)據(jù)精度到達(dá)地質(zhì)勘測標(biāo)準(zhǔn)，輸出預(yù)測結(jié)果。至此完成對(duì)礦山地質(zhì)深層預(yù)測化探技術(shù)研究。

4 結(jié)語

化探技術(shù)對(duì)于探測礦山深層地質(zhì)，勘測隱伏型礦產(chǎn)作用極大。使用化探技術(shù)能夠降低開采礦山前期的勘測費(fèi)用，具有極佳的經(jīng)濟(jì)性。本文研究了使用化探技術(shù)對(duì)礦山深層地質(zhì)進(jìn)行預(yù)測。對(duì)使用化探技術(shù)預(yù)測礦山深層地質(zhì)進(jìn)行了詳細(xì)說明。隨著對(duì)礦產(chǎn)資源需求的日益增加，化探技術(shù)也會(huì)廣泛應(yīng)用于礦山地質(zhì)勘測。