深部礦產(chǎn)預(yù)測(cè)中地質(zhì)檔案大數(shù)據(jù)的挖掘與應(yīng)用研究

摘 要：本文通過(guò)分析地質(zhì)檔案數(shù)據(jù)在深部礦產(chǎn)預(yù)測(cè)中的重要作用，闡述了地質(zhì)檔案數(shù)據(jù)可為深部礦產(chǎn)預(yù)測(cè)提供重要線索，概述了地質(zhì)檔案數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，并詳細(xì)闡述了地質(zhì)檔案數(shù)據(jù)在深部礦產(chǎn)預(yù)測(cè)中的三大應(yīng)用，即深部礦產(chǎn)資源潛力評(píng)價(jià)、深部礦產(chǎn)資源勘探靶區(qū)圈定和深部礦產(chǎn)資源勘探風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。研究表明，地質(zhì)檔案大數(shù)據(jù)是深部礦產(chǎn)預(yù)測(cè)的重要基礎(chǔ)，其在深部礦產(chǎn)預(yù)測(cè)中的應(yīng)用前景廣闊。

關(guān)鍵詞：深部礦產(chǎn)預(yù)測(cè)；地質(zhì)檔案大數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)挖掘；資源評(píng)價(jià)

引言

深部礦產(chǎn)預(yù)測(cè)，即深部地球資源勘查，是在地殼深處探尋、勘探和開(kāi)發(fā)礦產(chǎn)資源的關(guān)鍵活動(dòng)。這一領(lǐng)域?qū)?guó)家礦產(chǎn)資源安全和經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展具有深遠(yuǎn)影響。隨著全球?qū)ΦV產(chǎn)資源需求的增長(zhǎng)和傳統(tǒng)資源枯竭的挑戰(zhàn)，深部礦產(chǎn)預(yù)測(cè)在保障國(guó)家礦產(chǎn)資源安全上發(fā)揮著關(guān)鍵作用[1]。全球60%以上的已探明礦產(chǎn)資源蘊(yùn)藏于深部地球，包括傳統(tǒng)和新型礦產(chǎn)，對(duì)國(guó)家戰(zhàn)略、高新技術(shù)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)升級(jí)至關(guān)重要。

地質(zhì)檔案數(shù)據(jù)在深部礦產(chǎn)預(yù)測(cè)中具有基石性的作用，長(zhǎng)期積累的豐富、系統(tǒng)和真實(shí)的礦產(chǎn)資料構(gòu)成了不可或缺的基礎(chǔ)資源庫(kù)[2]。這包括地質(zhì)圖、剖面圖、柱狀圖、專(zhuān)業(yè)報(bào)告、文獻(xiàn)資料和實(shí)物樣品等，為深部礦產(chǎn)預(yù)測(cè)提供了關(guān)鍵依據(jù)。這些數(shù)據(jù)描繪了地質(zhì)體演化的全貌，支持深部礦產(chǎn)預(yù)測(cè)的精準(zhǔn)度。時(shí)空信息記錄了礦產(chǎn)資源在不同時(shí)間和空間尺度上的產(chǎn)狀變化、結(jié)構(gòu)特征及品位差異等參數(shù)，為勾勒礦產(chǎn)資源的整體時(shí)空分布態(tài)勢(shì)提供了強(qiáng)有力的支持具有高效的應(yīng)用價(jià)值。地質(zhì)檔案數(shù)據(jù)是深部礦產(chǎn)預(yù)測(cè)中的關(guān)鍵角色，其中蘊(yùn)含的信息揭示了深部礦產(chǎn)資源的重要線索[3]。具體而言，地質(zhì)異常包括巖石、礦物、地球物理和地球化學(xué)等多方面的異常表現(xiàn)，與深部礦產(chǎn)資源的賦存狀態(tài)密切相關(guān)。地質(zhì)標(biāo)志則在巖石、礦物、構(gòu)造和地貌特征上體現(xiàn)，刻畫(huà)了成礦條件與成礦過(guò)程，如巖石標(biāo)志有助于理解礦床的形成環(huán)境與時(shí)代背景，構(gòu)造標(biāo)志揭示了成礦控制因素及動(dòng)力學(xué)機(jī)制。此外，地質(zhì)規(guī)律是深部礦產(chǎn)預(yù)測(cè)中的重要參考指標(biāo)，反映了深部礦產(chǎn)資源賦存的規(guī)律性和規(guī)模性，如礦產(chǎn)類(lèi)型、礦體形態(tài)、礦體規(guī)模以及礦體品位等方面的一致性規(guī)律。

1 地質(zhì)檔案數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)

地質(zhì)檔案數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)是一種利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)手段，從大量地質(zhì)檔案信息中提煉出具有重要價(jià)值知識(shí)的方法與工具，在深部礦產(chǎn)預(yù)測(cè)領(lǐng)域扮演著至關(guān)重要的角色[4]。這一技術(shù)通過(guò)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)據(jù)處理流程和高效的算法應(yīng)用，能夠揭示深部礦產(chǎn)資源的分布規(guī)律、成礦因素以及成礦模式等關(guān)鍵信息，為科學(xué)合理的深部礦產(chǎn)預(yù)測(cè)提供堅(jiān)實(shí)的理論依據(jù)。整個(gè)地質(zhì)檔案數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)體系由三個(gè)相互銜接且互為支撐的部分組成：數(shù)據(jù)預(yù)處理、數(shù)據(jù)挖掘方法以及數(shù)據(jù)可視化技術(shù)。

首先，數(shù)據(jù)預(yù)處理作為該技術(shù)流程的第一步，同時(shí)也是最基礎(chǔ)且關(guān)鍵的一環(huán)，其核心目標(biāo)是將原始復(fù)雜的地質(zhì)檔案數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為適應(yīng)數(shù)據(jù)挖掘所需的標(biāo)準(zhǔn)格式[5]。這一階段涵蓋了幾個(gè)必不可少的步驟：數(shù)據(jù)清洗，即采用人工校驗(yàn)與自動(dòng)識(shí)別相結(jié)合的方式去除錯(cuò)誤、缺失及重復(fù)數(shù)據(jù)，旨在消除噪聲、冗余，提升數(shù)據(jù)質(zhì)量和可靠性；數(shù)據(jù)集成，則借助數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)和數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)不同來(lái)源地質(zhì)檔案數(shù)據(jù)的整合，以統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型和結(jié)構(gòu)促進(jìn)數(shù)據(jù)共享、互通，并確保數(shù)據(jù)完整性與一致性；數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化則通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換、單位統(tǒng)一、編碼規(guī)范以及名稱(chēng)映射、屬性對(duì)應(yīng)、關(guān)系調(diào)整等操作，達(dá)到消除差異、減少歧義的目的，從而增強(qiáng)數(shù)據(jù)間的可比性和兼容性。

其次，數(shù)據(jù)挖掘方法作為該技術(shù)的核心組成部分，主要包括關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘、分類(lèi)算法以及聚類(lèi)算法[6]。關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘利用如Apriori算法或FP-Growth算法等發(fā)現(xiàn)并提取地質(zhì)檔案數(shù)據(jù)中項(xiàng)目之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)模式，揭示諸如礦產(chǎn)類(lèi)型間的關(guān)系、礦體產(chǎn)狀與品位的相關(guān)性等深層次規(guī)律，有助于我們深入理解深部礦產(chǎn)資源的賦存特征及其成礦機(jī)制，為預(yù)測(cè)工作提供有力線索。分類(lèi)算法，如決策樹(shù)算法或支持向量機(jī)算法，負(fù)責(zé)將地質(zhì)檔案數(shù)據(jù)中的對(duì)象有效劃分至不同的類(lèi)別中，如基于礦產(chǎn)類(lèi)型、賦礦環(huán)境、成礦時(shí)代等標(biāo)準(zhǔn)對(duì)礦產(chǎn)資源分類(lèi)，對(duì)礦體按照形態(tài)、規(guī)模、品位等因素歸類(lèi)，對(duì)礦物按組成、性質(zhì)、相態(tài)進(jìn)行區(qū)分，這些分類(lèi)結(jié)果有助于我們明確深部礦產(chǎn)資源的不同賦存特點(diǎn)和規(guī)律，為預(yù)測(cè)提供準(zhǔn)確依據(jù)。而聚類(lèi)算法，例如K-Means算法或?qū)哟尉垲?lèi)算法，則側(cè)重于根據(jù)礦產(chǎn)相似度、距離、密度等特性，將數(shù)據(jù)集中的對(duì)象分組聚合，通過(guò)識(shí)別礦產(chǎn)資源、礦體、礦物等在群落中的分布情況和賦存模式，為深部礦產(chǎn)預(yù)測(cè)提供了極具參考價(jià)值的信息。

最后，數(shù)據(jù)可視化技術(shù)則是將復(fù)雜抽象的地質(zhì)檔案數(shù)據(jù)挖掘結(jié)果轉(zhuǎn)化為直觀易懂的圖形圖像表現(xiàn)形式，包括但不限于地質(zhì)剖面圖、三維地質(zhì)模型以及地質(zhì)柱狀圖[7]。地質(zhì)剖面圖以二維方式展示地質(zhì)體的空間分布、結(jié)構(gòu)特性和物質(zhì)組成，它是根據(jù)地質(zhì)檔案中的地圖、報(bào)告和樣品資料繪制的垂直切面，用于展現(xiàn)地質(zhì)體的垂直結(jié)構(gòu)變化，為深部礦產(chǎn)預(yù)測(cè)提供直接的地形學(xué)證據(jù)。三維地質(zhì)模型則能立體呈現(xiàn)地質(zhì)體的三維空間分布狀況、內(nèi)部構(gòu)造及物理化學(xué)性質(zhì)，通過(guò)綜合運(yùn)用計(jì)算機(jī)軟件建模與渲染技術(shù)，使研究人員能夠更為直觀地洞察地質(zhì)體的真實(shí)面貌，進(jìn)而提升預(yù)測(cè)精度。地質(zhì)柱狀圖則是一維視角下的可視化手段，它詳細(xì)展示了地質(zhì)體的厚度、巖性變化以及礦產(chǎn)含量等信息，為深部礦產(chǎn)預(yù)測(cè)提供了又一不可或缺的重要參考依據(jù)。

2 地質(zhì)檔案數(shù)據(jù)在深部礦產(chǎn)預(yù)測(cè)中的應(yīng)用

2.1 深部礦產(chǎn)資源潛力評(píng)價(jià)

深部礦產(chǎn)資源潛力評(píng)價(jià)是深部礦產(chǎn)預(yù)測(cè)的核心環(huán)節(jié)，旨在對(duì)特定區(qū)域或區(qū)塊的深部礦產(chǎn)資源賦存情況做出綜合評(píng)估，為后續(xù)勘查工作提供科學(xué)依據(jù)。地質(zhì)檔案數(shù)據(jù)在此過(guò)程中扮演著關(guān)鍵角色，通過(guò)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行深入挖掘，可獲取有關(guān)深部礦產(chǎn)資源類(lèi)型、賦礦環(huán)境、礦體規(guī)模等一系列重要信息，為深部礦產(chǎn)資源潛力評(píng)價(jià)提供了有力支撐。

深部礦產(chǎn)資源潛力評(píng)價(jià)通常采用定量與定性?xún)煞N方法相結(jié)合的方式進(jìn)行。定量評(píng)價(jià)法以地質(zhì)檔案數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過(guò)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)據(jù)分析和數(shù)學(xué)建模過(guò)程來(lái)估算資源儲(chǔ)量。首先，明確評(píng)價(jià)范圍和深度，并基于地質(zhì)圖、地質(zhì)剖面圖等資料劃分出評(píng)價(jià)單元；其次，運(yùn)用礦體產(chǎn)狀、厚度、品位等相關(guān)參數(shù)，計(jì)算出評(píng)價(jià)單元內(nèi)礦體的具體幾何特征和物質(zhì)組成；再次，結(jié)合礦物組成、性質(zhì)和相態(tài)等信息，進(jìn)一步量化礦石品位、品質(zhì)及類(lèi)型；同時(shí)，利用礦床類(lèi)型、成礦因素和模式等深層次資料，確定各評(píng)價(jià)單元的成礦概率、可信度以及潛在資源量；最后，綜合所有參數(shù)，借助數(shù)學(xué)模型或統(tǒng)計(jì)方法估計(jì)評(píng)價(jià)單元內(nèi)的深部礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量，并給出相應(yīng)的誤差范圍和置信區(qū)間[8]。

相比之下，定性評(píng)價(jià)法則側(cè)重于對(duì)地質(zhì)檔案數(shù)據(jù)所反映的深部礦產(chǎn)資源賦存情況進(jìn)行整體把握和分類(lèi)判別。同樣，該方法首先劃定評(píng)價(jià)單元，然后依據(jù)礦床類(lèi)型、賦礦環(huán)境和成礦時(shí)代等基本信息對(duì)資源類(lèi)型進(jìn)行識(shí)別；進(jìn)而通過(guò)分析礦體產(chǎn)狀、厚度和品位等因素判斷資源規(guī)模；同時(shí)，根據(jù)礦物組成和性質(zhì)等特性區(qū)分資源品質(zhì)；此外，結(jié)合地質(zhì)異常、標(biāo)志和規(guī)律等現(xiàn)象，推斷評(píng)價(jià)單元的深部礦產(chǎn)資源潛力；最終，綜合考量所有特征變量，運(yùn)用專(zhuān)家系統(tǒng)或模糊邏輯等智能手段對(duì)資源潛力進(jìn)行全面而細(xì)致的評(píng)價(jià)，并給出評(píng)價(jià)等級(jí)及其理由。

2.2 深部礦產(chǎn)資源勘探靶區(qū)圈定

深部礦產(chǎn)資源勘探靶區(qū)圈定是深部礦產(chǎn)預(yù)測(cè)的核心環(huán)節(jié)，旨在依據(jù)地質(zhì)檔案數(shù)據(jù)所揭示的豐富信息，科學(xué)地確定某一區(qū)域或區(qū)塊內(nèi)具有潛在礦產(chǎn)資源賦存特征的目標(biāo)區(qū)域，為后續(xù)勘查工作提供精準(zhǔn)的靶區(qū)定位。地質(zhì)檔案數(shù)據(jù)在這一過(guò)程中扮演了關(guān)鍵角色，通過(guò)深度挖掘和解析，可以獲取包括礦產(chǎn)類(lèi)型、賦礦環(huán)境及礦體規(guī)模等多維度信息，這些信息對(duì)于有效圈定深部礦產(chǎn)資源勘探靶區(qū)具有極其重要的參考價(jià)值。

當(dāng)前，在深部礦產(chǎn)資源勘探靶區(qū)圈定實(shí)踐中，主要采用了地質(zhì)類(lèi)比法、地球物理勘探法以及綜合評(píng)價(jià)法等多種方法相結(jié)合的方式。地質(zhì)類(lèi)比法基于已知礦床的成礦條件與模式，通過(guò)對(duì)地質(zhì)檔案數(shù)據(jù)中的地質(zhì)圖、地質(zhì)剖面圖等資料進(jìn)行深入分析，對(duì)相似地質(zhì)背景的區(qū)域進(jìn)行細(xì)致劃分，并通過(guò)對(duì)比礦床類(lèi)型、賦礦環(huán)境和成礦時(shí)代等信息，篩選出可能存在的深部礦產(chǎn)資源潛力區(qū)。此外，利用地質(zhì)異常、地質(zhì)標(biāo)志和地質(zhì)規(guī)律等線索進(jìn)一步識(shí)別并圈定勘探靶區(qū)。

地球物理勘探法則運(yùn)用重力法、磁力法、電法、地震法等多種地球物理手段，根據(jù)地質(zhì)檔案數(shù)據(jù)指導(dǎo)下的勘探方案設(shè)計(jì)，采集地下介質(zhì)的物理性質(zhì)數(shù)據(jù)，如重力數(shù)據(jù)、磁力數(shù)據(jù)、電阻率數(shù)據(jù)及地震波數(shù)據(jù)等。通過(guò)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行校正、濾波、反演和綜合處理，得到反映地下介質(zhì)物理性質(zhì)分布的各類(lèi)圖像。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)識(shí)別和分析地下介質(zhì)異常區(qū)域，結(jié)合其與深部礦產(chǎn)資源的關(guān)系，最終圈定出具有礦產(chǎn)資源潛力的異常區(qū)域作為深部礦產(chǎn)資源勘探靶區(qū)。

綜合評(píng)價(jià)法則是一種將地質(zhì)類(lèi)比法、地球物理勘探法等多種方法融會(huì)貫通的綜合性策略。首先，分別運(yùn)用不同方法初步圈定多個(gè)候選靶區(qū)；其次，針對(duì)各個(gè)候選靶區(qū)，依據(jù)地質(zhì)檔案數(shù)據(jù)中的礦體產(chǎn)狀、厚度和品位等參數(shù)評(píng)估資源規(guī)模，利用礦物組成、性質(zhì)和相等信息評(píng)判資源品質(zhì)，同時(shí)參考地質(zhì)異常、地質(zhì)標(biāo)志和地質(zhì)規(guī)律等因素分析資源潛力，并給出各方面的等級(jí)評(píng)價(jià)及其理由[9]。最后，采用加權(quán)法或?qū)哟畏治龇ǖ攘炕侄?，?duì)所有候選靶區(qū)進(jìn)行綜合考量和排序，選擇最優(yōu)或最有利的候選靶區(qū)作為最終的深部礦產(chǎn)資源勘探靶區(qū)。

2.3 深部礦產(chǎn)資源勘探風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

深部礦產(chǎn)資源勘探風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估是深部礦產(chǎn)預(yù)測(cè)體系中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，旨在對(duì)深部礦產(chǎn)勘查活動(dòng)所面臨的各種風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行科學(xué)、全面的分析與評(píng)價(jià)，從而為深部礦產(chǎn)資源勘查工作提供決策依據(jù)。地質(zhì)檔案數(shù)據(jù)在此過(guò)程中起到了不可或缺的基礎(chǔ)性作用，通過(guò)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行深度挖掘和解讀，可以揭示深部礦產(chǎn)資源的賦存特征，包括礦產(chǎn)類(lèi)型、賦礦環(huán)境以及礦體規(guī)模等核心信息，為深部礦產(chǎn)資源勘探風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提供了寶貴的參考素材。

目前，深部礦產(chǎn)資源勘探風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估主要采用定性評(píng)價(jià)法和定量評(píng)價(jià)法兩種方法論體系。定性評(píng)價(jià)法著重于綜合運(yùn)用地質(zhì)檔案數(shù)據(jù)對(duì)勘探風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行整體判斷與分類(lèi)[10]。該方法首先通過(guò)地質(zhì)圖、地質(zhì)剖面圖等資料明確評(píng)價(jià)區(qū)域或區(qū)塊，并據(jù)此劃分評(píng)價(jià)單元；其次，基于礦床類(lèi)型、賦礦環(huán)境、成礦時(shí)代等信息辨識(shí)資源類(lèi)型，礦體產(chǎn)狀、厚度、品位等參數(shù)判斷資源規(guī)模，礦物組成、性質(zhì)及相態(tài)等因素評(píng)判資源品質(zhì)，地質(zhì)異常、標(biāo)志和規(guī)律等線索推測(cè)資源潛力，同時(shí)考慮地質(zhì)條件、難度及不確定性等因素來(lái)評(píng)估勘探難度。最后，借助專(zhuān)家系統(tǒng)或模糊邏輯等智能手段，對(duì)評(píng)價(jià)單元的深部礦產(chǎn)資源勘探風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行全面評(píng)價(jià)，并給出等級(jí)劃分及其理由。

而定量評(píng)價(jià)法則側(cè)重于利用數(shù)學(xué)模型和統(tǒng)計(jì)方法對(duì)勘探風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行精確量化分析。同樣始于對(duì)評(píng)價(jià)區(qū)域或區(qū)塊的界定，并以地質(zhì)檔案數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)計(jì)算礦體面積、體積、重量等物理參數(shù)，礦石品位、品質(zhì)、類(lèi)型等經(jīng)濟(jì)指標(biāo)以及根據(jù)礦床類(lèi)型、成礦因素、模式推算成礦概率、可信度和潛力等成礦特性參數(shù)。此外，定量評(píng)價(jià)法還關(guān)注地質(zhì)條件、勘探難度、成本和預(yù)期收益等實(shí)際操作層面的風(fēng)險(xiǎn)因素，通過(guò)對(duì)各項(xiàng)參數(shù)的綜合考量與量化處理，最終得出評(píng)價(jià)單元深部礦產(chǎn)資源勘探風(fēng)險(xiǎn)的定量分析結(jié)果，并闡述分析的依據(jù)和邏輯。

地質(zhì)檔案數(shù)據(jù)對(duì)于深部礦產(chǎn)預(yù)測(cè)至關(guān)重要，其豐富的時(shí)空信息為揭示礦產(chǎn)資源分布特征提供了關(guān)鍵線索。隨著數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的快速發(fā)展與廣泛應(yīng)用，對(duì)地質(zhì)檔案大數(shù)據(jù)的深度分析已成為提升預(yù)測(cè)效能的核心手段，并在資源潛力評(píng)價(jià)、勘探靶區(qū)劃定及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等方面取得顯著成果。展望未來(lái)，持續(xù)積累的地質(zhì)檔案數(shù)據(jù)結(jié)合不斷優(yōu)化的數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，將在深部礦產(chǎn)預(yù)測(cè)中發(fā)揮更加決定性的作用，助力構(gòu)建適應(yīng)復(fù)雜地質(zhì)條件且精確度更高的預(yù)測(cè)模型，從而顯著提高勘查的成功率和效率，成為保障國(guó)家礦產(chǎn)安全、推動(dòng)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略工具。因此，充分開(kāi)發(fā)并利用這一寶貴資源，對(duì)于全球范圍內(nèi)深部礦產(chǎn)資源的合理開(kāi)發(fā)與管理具有深遠(yuǎn)的戰(zhàn)略意義。

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作者簡(jiǎn)介：?jiǎn)虖?qiáng)（1987—），大學(xué)學(xué)歷，青海省自然資源博物館館員，研究方向：檔案管理。