實物地質(zhì)資料巖心數(shù)字化實踐、意義及建議

崔美慧，董濤，邵長凱，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 濟南 250013)

0 引言

我國礦產(chǎn)資源豐富，在生產(chǎn)勘探和開發(fā)過程中，投入了相當多的人力和財力，也形成了大量的實物地質(zhì)資料，如巖礦心、巖(礦)石標本、光(薄)片、測試副樣等，這些實物資料彌足珍貴，具有原始性、唯一性、不可再生性、可重復(fù)利用性等特點。近年來，隨著數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展，借助儀器設(shè)備對實物資料進行數(shù)字化處理，可以將實物資料轉(zhuǎn)換成更易于存儲、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 實物巖心資料保管及利用現(xiàn)狀分析

巖心是重要的實物地質(zhì)資料，傳統(tǒng)的實物巖心資料管理形式多為倉儲式保管，由于一個礦區(qū)的巖心可能從數(shù)百米到數(shù)十萬米不等，巖心數(shù)量多、體重大，對庫容需要高，不便于集中儲存管理，多由項目承擔單位自行保管，管理分散。此外，各礦山、地勘單位由于實物資料管理專項經(jīng)費不足，保存設(shè)施陳舊、保存條件差、管理不到位，導(dǎo)致資料損毀嚴重，存在隨意處置現(xiàn)象，這是對實物地質(zhì)資料屬于國有資產(chǎn)的認識不足[4-5]。

隨著人類對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，再加上對實物資料的價值認識不足，未能充分發(fā)掘巖心潛在信息，導(dǎo)致對其利用不充分，許多重要的實物巖心資料在提交項目成果后，就完成了使命，要么束之高閣，要么塵封于庫房[6]。近年來，在推進實物地質(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，實物地質(zhì)資料的科學(xué)管理才提上日程。

目前，實物地質(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]，加強實物地質(zhì)資料數(shù)字化，提高實物地質(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、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，進而將實物巖心轉(zhuǎn)化為計算機可存儲、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)庫中，建立巖心綜合柱狀圖，實現(xiàn)圖文信息的統(tǒng)一管理，利用輸出設(shè)備和系統(tǒng)還可以進行信息展示[11]。

在科學(xué)技術(shù)日新月異的今天，云計算、互聯(lián)網(wǎng)+、大數(shù)據(jù)等信息技術(shù)應(yīng)用是大勢所趨。山東省依托中國地質(zhì)調(diào)查局“地質(zhì)云2.0”，遵循“大平臺、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)平臺山東結(jié)點。“地質(zhì)云·山東”服務(wù)平臺構(gòu)建了資料查詢、地勘項目管理、鉆孔數(shù)據(jù)—山東、地學(xué)文獻、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)勢礦種金礦，“地質(zhì)云·山東”平臺設(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)字化實踐

膠東地區(qū)是全球重要的黃金成礦集區(qū)，也是金礦實物地質(zhì)資料收集保管的重點區(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，實現(xiàn)全省地質(zhì)信息高效共享和精準服務(wù)，以省內(nèi)優(yōu)勢礦種金礦地質(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)集成與社會化服務(wù)示范研究”項目，該項目主要通過對相關(guān)金礦地質(zhì)成果資料的矢量化和實物地質(zhì)資料數(shù)字化處理，使有關(guān)地質(zhì)資料更加便于保管，并能夠為用戶提供更便捷、更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。其中，巖心數(shù)字化是其重要子課題之一，它以館藏典型實物巖心掃描為重點工作內(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，利用輸出設(shè)備和系統(tǒng)進行信息加工、處理、展示，為“地質(zhì)云·山東”門戶建設(shè)提供實物地質(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13.30萬余米，總投資達3.30億元，累計探明新增金金屬量382.58t。在項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”大型科研項目，對西嶺村金礦的發(fā)現(xiàn)起到了十分重要的指導(dǎo)作用，該項目豐富了蝕變巖型金礦的成礦控礦理論，填補了膠東乃至國內(nèi)深部金礦成礦規(guī)律研究的空白。ZK96-5即為配套科研項目而實施，它是中國巖金勘查第一深鉆，終孔深度4006.17m，館藏實物巖心長度總計3885.99m，由山東黃金實物中心保管。對鉆孔ZK96-5的巖心進行掃描，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。

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掃描和滾動掃描。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行平動掃描；滾動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)字化的目的是將實物巖心轉(zhuǎn)變?yōu)楦奖愦鎯Φ膱D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性。開始巖心掃描前，需要提前做好準備工作：將與待掃描鉆孔相關(guān)的原始地質(zhì)資料準備齊全，如原始地質(zhì)編錄表、鉆孔柱狀圖、地質(zhì)鉆探班報表等；清點待掃描鉆孔全部巖心，將巖心按照箱號有序擺放，除去巖心箱中的雜物，對巖心做好清潔工作。

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，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)啟動掃描儀并預(yù)熱。啟動計算機，進入掃描系統(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)掃描儀對焦。將巖心置于掃描儀載物臺上，推動載物臺，使任意一格巖心正對鏡頭，然后旋轉(zhuǎn)鏡頭，使鏡頭燈長軸方向與巖心箱長軸平行，按下自動對焦按鈕，儀器自動對焦。對焦完成后，旋轉(zhuǎn)鏡頭，使鏡頭燈長軸方向與巖心箱長軸垂直(圖2)。

a—鏡頭燈長軸方向與巖心箱長軸平行；b—鏡頭燈長軸方向與巖心箱長軸垂直圖2 掃描儀對焦

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

(4)圖像存儲。掃描完畢后，點擊“文件”→“入庫保存”→“選擇路徑”，錄入相關(guān)信息(鉆孔編號、盒號、起始格號、終止格號、總格號等信息)，點擊“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+掃描方法”，即“西嶺村礦區(qū)ZK96-5白光平動掃描”。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”文件用于存儲巖心掃描時錄入的信息?！?jpg”和“.txt”文件命名為“盒號-起始格號-終止格號-總格號”，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原始圖像可能包含1-3格巖心(圖3c)，為了還原巖心在地下的真實狀態(tài)，生成巖心綜合柱狀圖時需要將所有圖像和文本按照回次(深度)導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫，所以需要對巖心掃描原始圖像進行逐張、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”，即“西嶺村礦區(qū)ZK96-5”，裁剪時錄入文件名、礦區(qū)名、鉆孔編號、進尺起始(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圖像和文本信息。文件命名規(guī)則為：以“回次”漢語拼音首字母大寫“HC+回次號”組成，如“HC1，HC2”等。當一個回次的巖心占用2個及2個以上巖心箱格子時，裁剪后一個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、巖心裁剪圖像及對應(yīng)的TXT文本如圖4所示。巖心圖像裁剪的同時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

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入巖心圖文管理系統(tǒng)，形成巖心綜合柱狀圖，位于同一個局域網(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、巖心綜合柱狀圖等全部內(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)描述與深度一一對應(yīng)的巖心綜合柱狀圖(圖5)，將原來埋藏在地下、儲存于庫房的巖心直觀地展示出來。使用者可以在計算機上瀏覽、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巖心段，避免巖心的反復(fù)搬動，提高了工作效率，同時也減少了利用者對實物直接觀察造成巖心磨損的幾率，有利于保護館藏實物巖心。

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)描述信息及化驗分析數(shù)據(jù)等資料，可直接存儲于電子光盤、移動硬盤等介質(zhì)，便于匯交、歸檔，同時，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，方便用戶查詢、瀏覽，促進資源共享。

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

4 實物地質(zhì)資料數(shù)字化成果總結(jié)與思考

4.1 山東省實物地質(zhì)資料數(shù)字化首選優(yōu)勢礦種

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目提供地質(zhì)資料網(wǎng)上服務(wù)，為促進地質(zhì)成果共享發(fā)揮重要作用。為了還原實物巖心的真實面貌，同時保證進度，實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，對巖心平臺做了改進，增加了標尺，使巖心快速、準確定位，提高了工作效率。

4.2 巖心數(shù)字化有利于提高實物巖心的利用率

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)的具體運用。利用巖心掃描技術(shù)，將巖心數(shù)字化后，實現(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，又可以向全社會更好地展示地質(zhì)工作成果，為向社會提供更高效、便捷、豐富的服務(wù)打好基礎(chǔ)，為我國礦業(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”平臺內(nèi)容

由中國地質(zhì)調(diào)查局主持研發(fā)的“地質(zhì)云”平臺，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物資料的在線瀏覽，目前平臺上已有4000多個項目建立了實物地質(zhì)資料目錄數(shù)據(jù)庫，但是大量項目缺少實物資料數(shù)字化成果，有的是因為實物資料缺失，更多的是因為尚未開展數(shù)字化工作。