隱伏礦床定位預(yù)測虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的探索與實(shí)踐

唐利

[摘 要] 隱伏礦床定位預(yù)測的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)旨在探索虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)在固體礦產(chǎn)勘查實(shí)習(xí)方面的應(yīng)用效果。隱伏礦床定位預(yù)測虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)以內(nèi)蒙古林西地區(qū)隱伏螢石礦床的成功勘查案例為背景，結(jié)合豐富的地—物—化—遙資料成果，利用虛擬仿真實(shí)習(xí)平臺，使學(xué)生熟練掌握隱伏礦床的找礦方法和定位預(yù)測工作流程。隱伏礦床定位預(yù)測虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)在培養(yǎng)資源勘查工程專業(yè)學(xué)生的實(shí)踐能力、研究能力、創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)等方面有著其他教學(xué)環(huán)節(jié)所不能替代的獨(dú)特作用，可以作為礦產(chǎn)勘查學(xué)綜合實(shí)習(xí)教學(xué)的重要環(huán)節(jié)。

[關(guān)鍵詞] 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué);隱伏礦床定位預(yù)測;礦產(chǎn)勘查;資源勘查工程

[基金項(xiàng)目] 2020年度中國地質(zhì)大學(xué)（北京）本科教育質(zhì)量提升計(jì)劃——虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)建設(shè)項(xiàng)目“隱伏礦定位預(yù)測虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)”（XNFZ202002）

[作者簡介] 唐 利（1990—），男，四川宜賓人，博士，中國地質(zhì)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與資源學(xué)院副教授，主要從事固體礦產(chǎn)資源勘查評價和前寒武紀(jì)地質(zhì)學(xué)研究。

[中圖分類號] G462? ?[文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A? ? [文章編號] 1674-9324（2021）24-0001-04? ?[收稿日期] 2021-03-09

一、引言

礦產(chǎn)勘查學(xué)的課程教學(xué)包括理論知識教學(xué)和野外實(shí)習(xí)教學(xué)兩部分[1-4]。理論知識的課堂教學(xué)主要利用文字描述和圖片示意相結(jié)合的方法，只有擁有大量野外地質(zhì)現(xiàn)象的感性認(rèn)識、較強(qiáng)地質(zhì)思維分析能力和豐富想象力的學(xué)習(xí)者，才能較好地理解礦產(chǎn)勘查學(xué)理論和基本方法，對初學(xué)者而言非常困難。野外地質(zhì)實(shí)習(xí)往往面臨周期長、工作量大、費(fèi)用高和環(huán)境危險的問題。

隨著現(xiàn)代科技的進(jìn)步和發(fā)展，在傳統(tǒng)礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查和探測技術(shù)基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、數(shù)字模擬技術(shù)、三維可視化技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等，可以逐漸實(shí)現(xiàn)虛擬地質(zhì)環(huán)境，虛擬一個地區(qū)（或勘查區(qū)）的三維地質(zhì)環(huán)境和地質(zhì)體的分布特征，在虛擬野外踏勘的基礎(chǔ)上，虛擬練習(xí)勘探工程布置及施工、數(shù)據(jù)處理和圖件制作（基于前期工作積累，如地質(zhì)剖面、物探剖面、化探剖面、遙感圖像等成果），將產(chǎn)學(xué)研成果虛擬應(yīng)用到學(xué)生基本地質(zhì)技能和其他綜合能力的培養(yǎng)[5-9]。隱伏礦床定位預(yù)測虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)將內(nèi)蒙古林西地區(qū)已有的地—物—化—遙綜合勘查成果從定性描述到定量模擬，從二維表達(dá)到三維可視化虛擬，從二維圖紙?jiān)O(shè)計(jì)到虛擬三維設(shè)計(jì)?，F(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的重大進(jìn)步為我們構(gòu)建礦產(chǎn)勘查虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)奠定了良好的理論和技術(shù)基礎(chǔ)[ 10-12 ]。基于內(nèi)蒙古林西地區(qū)賽波羅溝門隱伏礦床定位預(yù)測虛擬仿真實(shí)習(xí)，學(xué)生們可以直觀、便捷和高效地學(xué)習(xí)掌握隱伏礦床定位預(yù)測基本方法和工作流程，甚至可以通過補(bǔ)充新的野外觀測數(shù)據(jù)，在虛擬環(huán)境下開展科學(xué)研究和勘查實(shí)踐，提出新觀點(diǎn)和新認(rèn)識。

二、課程內(nèi)容和建設(shè)目標(biāo)

隱伏礦床定位預(yù)測虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程依托中國地質(zhì)大學(xué)（北京）建立的林西產(chǎn)學(xué)研實(shí)踐教學(xué)基地，以內(nèi)蒙古林西地區(qū)賽波羅溝門隱伏螢石礦的成功勘查案例及其豐富的地—物—化—遙資料成果為基礎(chǔ)[ 13-15 ]，通過虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)使學(xué)生熟練掌握隱伏礦床的找礦方法和定位預(yù)測工作流程，課程包括以下方面的主要內(nèi)容。

1.掌握工作區(qū)踏勘方法，通過追索和穿越等虛擬野外地質(zhì)路線踏勘，熟悉工作區(qū)的地層、構(gòu)造、巖漿巖、礦體露頭和圍巖蝕變等地質(zhì)特征。在了解區(qū)域螢石礦床的控礦因素（地層、構(gòu)造、巖漿巖等）、礦床成因和成礦規(guī)律的基礎(chǔ)上，掌握礦產(chǎn)勘查設(shè)計(jì)的基本方法和流程，能獨(dú)立設(shè)計(jì)勘察路線和布置工程。

2.掌握遙感解譯的基本方法和流程，如利用Worldview2遙感影像解譯勘查區(qū)與螢石礦化密切相關(guān)的硅化、高嶺土化等蝕變信息，及控制礦體展布的構(gòu)造信息。

3.掌握地球化學(xué)勘查方法在隱伏礦床定位預(yù)測中的基本方法和流程，如利用便攜式X射線熒光儀和偏提取地球化學(xué)方法分別獲取勘探線剖面的Ca、F元素分布特征，提取成礦元素的高值異常。

4.掌握地球物理勘查方法在隱伏礦床定位預(yù)測中的基本方法和流程，如利用甚低頻電磁法和伽馬能譜測量勘探線剖面中地質(zhì)體的電阻異常、放射性元素異常，利用EH4電磁測深解析深部剖面的電性結(jié)構(gòu)特征。

5.利用地—物—化—遙綜合找礦方法和地質(zhì)異常信息，訓(xùn)練學(xué)生掌握深部隱伏礦體的定量預(yù)測評價方法?；谔摂M仿真學(xué)習(xí)環(huán)境中的觀察和互動，訓(xùn)練學(xué)生撰寫科技報告的能力和綜合分析能力，提交礦產(chǎn)勘查實(shí)習(xí)報告。

三、教學(xué)方法和具體步驟

礦產(chǎn)勘查的野外實(shí)習(xí)具有特殊性，由于勘查過程及土壤取樣工作量大、野外滑坡落石等因素，大批學(xué)生去現(xiàn)場實(shí)習(xí)，經(jīng)費(fèi)預(yù)算有限、安全責(zé)任重大。因此，依托少量的野外實(shí)地觀測，大量運(yùn)用虛擬仿真技術(shù)推進(jìn)更安全、更高效的虛擬實(shí)習(xí)非常有意義。隱伏礦定位預(yù)測虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)始終圍繞以學(xué)生為中心的教學(xué)理念，可采用遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)自主性學(xué)習(xí)方式完成實(shí)習(xí)，也可以在教師指導(dǎo)下虛實(shí)結(jié)合完成。在虛實(shí)結(jié)合教學(xué)模式下，又可分為校內(nèi)教學(xué)場景和野外實(shí)地教學(xué)場景。

（一）校內(nèi)教學(xué)場景虛實(shí)結(jié)合教學(xué)為主

在室內(nèi)教學(xué)過程中，學(xué)生可以在實(shí)驗(yàn)室仔細(xì)觀察巖石、礦石標(biāo)本，并獲取它們的物、化探分析數(shù)據(jù)，及各類地質(zhì)圖件和遙感影像等地質(zhì)資料，并利用實(shí)驗(yàn)室各類儀器對實(shí)物標(biāo)本開展測量，但是對于巖石、礦石產(chǎn)出的野外地質(zhì)環(huán)境可能并不直觀，對野外地質(zhì)場景的觀察缺乏親身體驗(yàn)。利用本項(xiàng)目虛擬實(shí)習(xí)資源，可以克服野外地質(zhì)現(xiàn)象觀察的缺陷。

學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)自學(xué)方式根據(jù)網(wǎng)站資源提前預(yù)習(xí)相關(guān)知識，利用本項(xiàng)目網(wǎng)站，開展野外地質(zhì)現(xiàn)象的在線觀察和描述，然后根據(jù)實(shí)體實(shí)驗(yàn)室真實(shí)的標(biāo)本資源借助放大鏡、顯微鏡、便攜式X射線熒光分析儀、甚低頻電磁儀、伽馬能譜儀等地質(zhì)設(shè)備進(jìn)行觀察描述和數(shù)據(jù)測量，結(jié)合虛擬實(shí)習(xí)環(huán)境中的野外實(shí)景進(jìn)行勘查區(qū)地質(zhì)特征、勘探線和勘探工程布置、勘探工程實(shí)施、數(shù)據(jù)處理及異常提取、綜合地—物—化—遙定量預(yù)測評價深部資源，進(jìn)一步地自主進(jìn)行在線測驗(yàn)，并在線提交實(shí)習(xí)報告，完成學(xué)習(xí)過程。