大數(shù)據(jù)時代的礦山地質(zhì)地球物理勘探技術(shù)探究

許博文

（山東省第一地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東 濟南 250100）

地球物理學是一門十分重要的學科，它的原理是物理學。使用各種方法觀察了地球各個物理場的分布，并通過物質(zhì)組成和演化，以及地球空間中本身環(huán)境結(jié)構(gòu)變化的演變總結(jié)了這些自然現(xiàn)象的變化規(guī)律。由此，對地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行研究，構(gòu)造空間模型，總結(jié)研究得出的結(jié)論和方法。地球物理研究旨在研究地殼巖體的物理差異，并將其用作研究地質(zhì)結(jié)構(gòu)和研究地下礦物的技術(shù)科學的基礎(chǔ)[1]。物體探測器是地球物理研究的主要工具，具有廣泛的應(yīng)用范圍。它廣泛應(yīng)用于建筑、地質(zhì)、石油和水力發(fā)電等許多領(lǐng)域。在進行資源和能源的勘探時發(fā)現(xiàn)，以及地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)測中具有許多優(yōu)勢，在此過程中，海量數(shù)據(jù)和復雜數(shù)據(jù)類型消耗了大量研究人員的時間和精力。地質(zhì)學家的工作一半以上是收集和分類相關(guān)數(shù)據(jù)，而數(shù)據(jù)分析略有偏差[2]，就會在礦山勘探中造成嚴重的經(jīng)濟損失，因此，如何有效地整合龐大而復雜的數(shù)據(jù)，以避免勞動和相關(guān)成本（如數(shù)據(jù)收集和處理）的重復對勘探至關(guān)重要。經(jīng)過大量研究和實踐，通過創(chuàng)建用于數(shù)據(jù)集成和管理的獨立軟件，創(chuàng)建了一個多學科與多部門的集成協(xié)作工作平臺。這使得從勘探、開發(fā)到生產(chǎn)和運營的整個生產(chǎn)鏈中的數(shù)據(jù)交換的工作效率[3]得到大大提高。

1 大數(shù)據(jù)時代下的礦山地質(zhì)物理勘探技術(shù)設(shè)計

1.1 建立地質(zhì)勘探平臺

建立目標勘探平臺是確定儲層巖性，斷層和儲層特征的有效手段。隨著礦產(chǎn)勘查開發(fā)的不斷深入，地震技術(shù)呈現(xiàn)出廣角、高密度發(fā)展的趨勢，地震數(shù)據(jù)量急劇增加。同時，隨著地震地質(zhì)學和工程學的融合不斷發(fā)展，地震數(shù)據(jù)的處理和解釋面臨著多種數(shù)據(jù)源和復雜數(shù)據(jù)類型的挑戰(zhàn)。大數(shù)據(jù)技術(shù)的引入，例如網(wǎng)絡(luò)信息收集和數(shù)據(jù)挖掘，大大提高了地球物理勘探人員收集和處理數(shù)據(jù)的效率和準確性[4]。Ha-doop是一款允許跨計算機集群進行分布式存儲和計算的大數(shù)據(jù)分析軟件，具有高穩(wěn)定性、高運算效率和高靈活性的優(yōu)勢，目前被廣泛應(yīng)用于礦產(chǎn)勘探領(lǐng)域。以Ha-doop大數(shù)據(jù)分析軟件為核心，建立地質(zhì)勘探平臺，通過收集多數(shù)據(jù)源建立平臺數(shù)據(jù)庫，將復雜的數(shù)據(jù)類型經(jīng)過分類器處理，形成竟然有序的數(shù)據(jù)分析網(wǎng)絡(luò)，同時對網(wǎng)絡(luò)化信息的采集系統(tǒng)化，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)手段驅(qū)動挖掘信息，為地球物理探礦技術(shù)人員理論研究提供數(shù)據(jù)支撐，具有很強的功能和個性，反映出了軟件開發(fā)和誤差修復功能的大大增強。

1.2 分析礦層地質(zhì)數(shù)據(jù)

在建立地質(zhì)勘探平臺后，通過對平臺整理的大數(shù)據(jù)進行分析，有助于提高礦產(chǎn)資源勘探數(shù)據(jù)查詢和分析的時效性及準確性。通過對不同開發(fā)商提供的大型、復雜大數(shù)據(jù)分析，這使得能夠使用先進技術(shù)來識別礦藏。地下礦物質(zhì)微滲入土壤表層會影響土壤表層的微生物組成。因此，對探礦區(qū)表層土壤樣品進行DNA分析可以提供有關(guān)土壤樣品中微生物組成的信息，從而可以有效判斷該地區(qū)是否存在油氣。但是，土壤樣品中數(shù)百萬種微生物產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)，有效的數(shù)據(jù)處理具有挑戰(zhàn)性。大數(shù)據(jù)和機器學習的快速發(fā)展使這項技術(shù)成為可能。對礦區(qū)己有生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行驗證，該技術(shù)對礦區(qū)礦石走勢的預(yù)測精度高達86%。由于在土壤樣品中重建致密油藏的過程，包括油藏特征，生產(chǎn)井的鉆探、壓 裂液和噴砂強度等多個源參數(shù)，因此引入大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)可以改善對水力壓裂過程的分析和逆流規(guī)律。合理性和準確性[5]。使用大數(shù)據(jù)挖掘和主成分分析對來自多個來源的數(shù)據(jù)進行分類和優(yōu)化，可以有效地過濾來自多個來源的參數(shù)中的關(guān)鍵驅(qū)動因素，并降低數(shù)據(jù)處理的復雜性?；谥饕刂埔蛩氐念A(yù)測壓裂液流量的方程可以提供良好的預(yù)測準確性，并分析各種因素對壓裂液反向流量的影響，為進一步開發(fā)油氣提供指導。另外，隨著儲層改造規(guī)模和地震檢波器精度的不斷提高，對壓裂過程產(chǎn)生的巨大的微震監(jiān)測數(shù)據(jù)進行處理也需要大數(shù)據(jù)支持。Hadoop大數(shù)據(jù)平臺用于集成微地震數(shù)據(jù)，并配備了適當?shù)乃惴?，可以對儲層中水力壓裂的分布進行高精度的預(yù)測和可視化分析。

2 實驗研究

2.1 實驗準備

通過對礦集區(qū)采礦點和礦區(qū)外分別取五組樣土，對這十組樣土分別進行編號承重，并使用Ha-doop物理勘探分析軟件對突然中的微生物含量進行檢測，如表1。

表1 實驗樣土編號表

通過檢測所得到的微生物含量數(shù)據(jù)，針對樣土中的微生物種類進行分析，應(yīng)用大數(shù)據(jù)物理勘探平臺軟件確認樣土是否為礦層土壤。

針對樣土中檢測出的微生物信息，通過軟件確定礦藏的流程，如圖1。

圖1 大數(shù)據(jù)軟件測礦藏流程圖

使用數(shù)據(jù)軟件，根據(jù)流程圖，對樣土中的微生物種類進行分析，對比傳統(tǒng)方法分析礦層土壤。

2.2 樣土測試

針對土壤中的微生物種類進行分析，通過礦藏模型，大數(shù)據(jù)平臺軟件物理勘探方法測試樣土中各種微生物含量，其中常存在于礦層土壤中的微生物含量如表1。

表2 大數(shù)據(jù)測試樣土中礦層微生物含量表

根據(jù)表中大數(shù)據(jù)測量數(shù)據(jù)可以得出，A1、A2、A3、B1、B4中礦層中常見微生物含量處于79%～87%之間，這五組樣土下存在礦石的可能較大，而A4、A5、B2、B3、B5中的礦層常見微生物含量較低，因此，樣土下存在礦石的可能性較小。

對比傳統(tǒng)方法檢測樣土中的礦層微生物含量如表表3。

表3 傳統(tǒng)方法檢測樣土中礦層微生物含量表

根據(jù)傳統(tǒng)方法檢測礦層微生物含量可知，A1、A2、A3、B1、B4中礦層中常見微生物含量處于50%～71%之間，微生物測量區(qū)間較大。而A4、A5、B2、B3、B5中的礦層常見微生物含量較低，處于4%～11%之間。

通過對兩組數(shù)據(jù)對比分析可以得到，使用大數(shù)據(jù)平臺軟件測量微生物種類結(jié)果區(qū)間跨度較小，且結(jié)果更趨于穩(wěn)定，對礦層樣土中的微生物檢測較為精準，使用傳統(tǒng)方法檢測微生物種類結(jié)果區(qū)間跨度較大，結(jié)果上下波動區(qū)間不穩(wěn)定，難以總結(jié)檢測礦藏的規(guī)律。總體來講，應(yīng)用大數(shù)據(jù)平臺檢測礦層走向更為便捷，隨著各種地球物理勘查技術(shù)的應(yīng)用，在地質(zhì)項目中的物理勘探技術(shù)越來越重要，在一些大型水利工程中，不可避免要用到輸電管道工程，這就涉及到物理勘探技術(shù)，更不用說應(yīng)用在鐵路建設(shè)上的，包括探究地質(zhì)構(gòu)造等問題，這些預(yù)測都關(guān)乎物理勘探的應(yīng)用，在針對物理勘探技術(shù)的數(shù)據(jù)整理方面，通過大數(shù)據(jù)平臺整理規(guī)劃，可以更有效率的得到更精準的結(jié)果。綜上所述，地球物理勘探的核心技術(shù)更傾向于數(shù)據(jù)化、系統(tǒng)化發(fā)展。

3 結(jié)語

通過針對大數(shù)據(jù)時代的礦山地質(zhì)地球物理勘探技術(shù)探究，使得礦山地質(zhì)地球物理勘探技術(shù)的應(yīng)用更加便捷，對總結(jié)分析收集的礦山地質(zhì)數(shù)據(jù)有很大作用，提高了向更深層次的地下尋求礦產(chǎn)資源的效率。由于科學技術(shù)的發(fā)展創(chuàng)新，在礦山勘探中，更要求地球物理勘探檢測精度準確。未來在能源開發(fā)過程中，物理勘探會應(yīng)用到方方面面，對于國家經(jīng)濟發(fā)展有至關(guān)重要的作用。