甘肅地區(qū)有色金屬礦山精準(zhǔn)找礦預(yù)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用

焦 陽(yáng)，馮俊環(huán)

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

當(dāng)前甘肅地區(qū)礦產(chǎn)資源的需求量不斷增加，在甘肅省各有色金屬礦山中，地表的礦產(chǎn)資源逐漸減少，而找礦工作仍以易識(shí)別礦、淺部礦、地表礦為主，因此，設(shè)計(jì)找礦預(yù)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)有色金屬礦山中的難識(shí)別礦、隱伏礦進(jìn)行預(yù)測(cè)，保證甘肅地區(qū)礦業(yè)資源的可持續(xù)利用，具有重要意義。現(xiàn)階段，國(guó)外找礦預(yù)測(cè)研究較為成熟，應(yīng)用現(xiàn)代遙感技術(shù)，收集礦區(qū)樣品輻射的電磁波，整合分析收集到的地質(zhì)信息，將信息數(shù)據(jù)傳輸至接納設(shè)備，由控制中心加工處理信息數(shù)據(jù)，搭建礦山的模擬斷層和空間展布，輸出找礦預(yù)測(cè)結(jié)果。國(guó)內(nèi)找礦預(yù)測(cè)研究同樣取得較大發(fā)展，文獻(xiàn)[1]利用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)造一個(gè)數(shù)字勘探模型，利用MAPGIS組件應(yīng)用技術(shù)，提取多種來(lái)源的地質(zhì)信息，總結(jié)不同類型礦產(chǎn)資源的化學(xué)特征，根據(jù)礦體元素異常圖，分析礦產(chǎn)資源的演化規(guī)律，按照礦體元素異常濃度，劃分礦體目標(biāo)元素的分布礦帶，結(jié)合控礦構(gòu)造的空間關(guān)系等信息，圈定金屬礦山的預(yù)測(cè)區(qū)域[1]。結(jié)合以上理論，針對(duì)甘肅地區(qū)有色金屬礦山，設(shè)計(jì)精準(zhǔn)找礦預(yù)測(cè)系統(tǒng)。

1 甘肅地區(qū)有色金屬礦山精準(zhǔn)找礦預(yù)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法

1.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

優(yōu)化遙感改裝設(shè)備、鉆井改裝設(shè)備，保證甘肅地區(qū)有色金屬礦山勘察數(shù)據(jù)的采集精度。根據(jù)應(yīng)用需求和業(yè)務(wù)快速變化、數(shù)據(jù)多樣化特點(diǎn)，采用靈活性、輕量化相匹配的插件結(jié)構(gòu)和框架，把系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分為數(shù)據(jù)層、業(yè)務(wù)層、表示層，對(duì)數(shù)據(jù)層的鉆井設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化。選取馬達(dá)、動(dòng)力設(shè)備、鉆孔機(jī)，組成礦山鉆探儀，利用內(nèi)部電機(jī)裝置，為地質(zhì)勘察點(diǎn)提供壓力，通過(guò)中央控制器，設(shè)置礦山的礦點(diǎn)井深，進(jìn)行打孔鉆洞，采集有色金屬礦山的底層巖石樣品[2]。其中鉆孔機(jī)選擇XY-6型號(hào)的巖心鉆機(jī)，該鉆機(jī)的立軸轉(zhuǎn)動(dòng)速度、可進(jìn)行速度的調(diào)控范圍大，底盤(pán)采用分輪牽引的方式，液壓閥、液壓泵等動(dòng)力裝置，均采用進(jìn)口零件，通過(guò)履帶運(yùn)轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)向操作的方式，進(jìn)行移動(dòng)鉆井[3]。為鉆孔機(jī)配置水剎車(chē)、制動(dòng)設(shè)備、濕式離合器，增大鉆孔機(jī)體積，使設(shè)備運(yùn)行時(shí)中心更加穩(wěn)定，回轉(zhuǎn)器采用普通型、大通徑兩種裝置，配備6個(gè)可變檔的操作空間，以此增加鉆孔機(jī)給進(jìn)行程[4]。利用變速箱、液壓無(wú)級(jí)變速，決定鉆孔機(jī)操作時(shí)的機(jī)體力量，采集初始地質(zhì)數(shù)據(jù)，優(yōu)化后的礦山鉆探儀尺寸為3720×1380×2020mm，技術(shù)參數(shù)如下表所示：

表1 礦山鉆探儀技術(shù)參數(shù)

礦區(qū)底層地質(zhì)數(shù)據(jù)采集完畢后，對(duì)遙感設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化，區(qū)分礦山區(qū)域的電磁波發(fā)射源，劃分為設(shè)備過(guò)濾折射的感光區(qū)域、以及設(shè)備直射的感應(yīng)區(qū)域[5]。集中合成礦區(qū)圖像，輸出礦區(qū)樣品的分析結(jié)果。至此完成遙感設(shè)備、鉆井設(shè)備的優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)。

1.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

分析礦山的成礦預(yù)測(cè)要素，計(jì)算金屬礦山靶區(qū)的成礦有利度，預(yù)測(cè)金屬礦山出礦區(qū)域。建立空間數(shù)據(jù)庫(kù)，統(tǒng)一管理采集的地質(zhì)勘查信息，對(duì)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，在同一坐標(biāo)中輸入數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)地質(zhì)信息的格式轉(zhuǎn)換，形成具有統(tǒng)一文件格式的空間數(shù)據(jù)庫(kù)。建立采集地質(zhì)信息的邏輯關(guān)系，根據(jù)空間數(shù)據(jù)庫(kù)、地質(zhì)圖、地質(zhì)勘查報(bào)告、平面圖、鉆探和探槽記錄等文件資料，集成成礦環(huán)境、成礦條件、異常系列、成礦過(guò)程、礦床變化、礦床保存、礦化系列等信息數(shù)據(jù)，分析有色金屬礦山的成礦規(guī)律，總結(jié)出礦山的找礦標(biāo)志和控礦因素[6]。提取金屬礦山的成礦預(yù)測(cè)變量，包括找礦因素、找礦標(biāo)志、成礦規(guī)律，其中找礦因素包括是否發(fā)現(xiàn)過(guò)金礦、是否存在斷裂構(gòu)造、褶皺構(gòu)造、裂隙構(gòu)造、巖漿巖被腐蝕程度異常、巖漿巖物化控制度異常、巖漿巖性質(zhì)異常、元素分布異常、元素豐度異常、元素組合異常，找礦標(biāo)志包括有色金屬重砂異常、巖石蝕變性異常、礦產(chǎn)出露異常[7]。若物探異常和化探異常的面積求和越大，成礦標(biāo)志的存在標(biāo)志越多，判斷礦山的出礦概率越大[8]。利用權(quán)重法，計(jì)算金屬礦山的成礦有利度，計(jì)算公式為：

其中H為金屬礦山的成礦有利度，為金屬礦山的成礦預(yù)測(cè)變量出現(xiàn)概率，為各成礦預(yù)測(cè)變量的權(quán)重系數(shù)，n為金屬礦山的成礦預(yù)測(cè)變量數(shù)量。設(shè)定成礦有利度上限和下限，當(dāng)成礦有利度小于下限時(shí)，判斷區(qū)域成礦條件不利，當(dāng)成礦有利度大于下限、小于上限時(shí)，判斷區(qū)域成礦條件較好，當(dāng)成礦有利度大于上限時(shí)，判斷區(qū)域成礦條件極好。至此完成金屬礦山靶區(qū)的成礦有利度的計(jì)算，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)，結(jié)合硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)，完成甘肅地區(qū)有色金屬礦山精準(zhǔn)找礦預(yù)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

2 實(shí)驗(yàn)論證分析

將此次設(shè)計(jì)系統(tǒng)，與常用有色金屬礦山精準(zhǔn)找礦預(yù)測(cè)系統(tǒng)，進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，比較找礦預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率、及圈定成礦面積的出礦覆蓋率。

2.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

選取甘肅地區(qū)某金礦山作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，該礦區(qū)資源豐富，主要巖石為中元古界長(zhǎng)城系、新太古代片麻巖、閃長(zhǎng)質(zhì)-花崗閃長(zhǎng)質(zhì)等，區(qū)域內(nèi)主要構(gòu)造為褶皺構(gòu)造，褶皺帶方向?yàn)闁|西，區(qū)域巖漿巖發(fā)育完整，含有新太古時(shí)期的金礦變質(zhì)雜巖，通過(guò)地質(zhì)作用，形成Au含量較高的巖漿巖。設(shè)計(jì)系統(tǒng)提取的預(yù)測(cè)要素、要素變量如下表所示：

表2 金礦山成礦預(yù)測(cè)要素

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

對(duì)金礦區(qū)域進(jìn)行劃分，劃分為19個(gè)靶區(qū)，兩組系統(tǒng)分別對(duì)19個(gè)靶區(qū)進(jìn)行找礦預(yù)測(cè)，篩選成礦條件較好、和成礦條件非常好的靶區(qū)，舍棄成礦條件不好的靶區(qū)。將靶區(qū)成礦預(yù)測(cè)結(jié)果，與研究所已有的靶區(qū)成礦信息進(jìn)行比較，得到預(yù)測(cè)結(jié)果與已有成礦信息的吻合程度，計(jì)算預(yù)測(cè)靶區(qū)成礦的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下表所示：

表3 靶區(qū)成礦的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率實(shí)驗(yàn)結(jié)果（%）

由上表可知，設(shè)計(jì)系統(tǒng)靶區(qū)成礦的平均預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率為98.54%，常用系統(tǒng)靶區(qū)成礦的平均預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率為93.47%，相比常用系統(tǒng)，設(shè)計(jì)系統(tǒng)靶區(qū)成礦的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率提高了5.08%。19個(gè)靶區(qū)中的成礦靶區(qū)編號(hào)分別為1、3、4、5、8、10、14、15、16、17、19，兩組系統(tǒng)進(jìn)一步預(yù)測(cè)成礦靶區(qū)的成礦面積，并對(duì)成礦面積進(jìn)行圈定，根據(jù)研究所已有的靶區(qū)成礦信息，計(jì)算預(yù)測(cè)的成礦面積，相比實(shí)際出礦面積的覆蓋率，進(jìn)行20次實(shí)驗(yàn)取平均值，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下表所示：

表4 圈定成礦面積的出礦覆蓋率實(shí)驗(yàn)結(jié)果（%）

由上表可知，設(shè)計(jì)系統(tǒng)圈定成礦面積的平均出礦覆蓋率為91.94%，常用系統(tǒng)圈定成礦面積的平均出礦覆蓋率為86.09%，相比常用系統(tǒng)，設(shè)計(jì)系統(tǒng)圈定成礦面積的出礦覆蓋率提高了5.85%。綜上所述，設(shè)計(jì)系統(tǒng)相比常用系統(tǒng)，提高了靶區(qū)成礦預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確率、及靶區(qū)圈定面積的出礦率。

3 結(jié)語(yǔ)

此次研究針對(duì)甘肅地區(qū)有色金屬礦山精準(zhǔn)找礦工作，設(shè)計(jì)了一組找礦預(yù)測(cè)系統(tǒng)，提高了靶區(qū)成礦預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確率、及靶區(qū)圈定面積的出礦率。但此次研究仍存在一定不足，在今后的研究中，會(huì)引入GIS智能化技術(shù)，自動(dòng)轉(zhuǎn)換空間信息與地質(zhì)變量，將非空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成空間信息，提高礦山地質(zhì)多源信息的整合度。