基于数据科学的矿产资源定量预测的理论与方法探索

矿产资源预测已从定性走向了定量,从数据稀疏型走向了数据密集型,亟须数据科学支撑。本文在前人研究基础上,讨论了基于数据科学的矿产资源定量预测理论与方法,该方法的理论基础为相关性理论与异常理论,前者采用监督的机器学习方法挖掘地质找矿大数据与矿床的相关性为预测未发现矿床提供了理论基础;后者采用非监督的机器学习方法识别地质找矿大数据蕴含的地质异常为预测矿床提供了理论依据。该理论与方法强调地质找矿大数据和机器学习的重要性,其中,数据种类的多样性及数据精度和质量会影响预测结果的好坏,机器学习可提高特征提取与信息集成融合效率。此外,本文讨论了基于数据科学的矿产资源定量预测理论与方法的技术框架、特征提取、数据集成融合方法,以及该理论与方法引入的不确定性。     

基于深度学习的地质找矿大数据挖掘与集成的挑战

基于深度学习的地质找矿信息挖掘与集成已经成为数学地球科学的前沿领域.深度学习作为一种具有多级非线性变换的层级机器学习算法,在地质找矿大数据挖掘与集成中仍处于探索阶段,还有一系列问题亟需解决.以卷积神经网络为例,探讨了基于深度学习的地质找矿大数据挖掘与集成过程中两大挑战:训练样本不足和深度学习网络模型构建困难,重点分析了...     

勘查地球化学数据挖掘与弱异常识别

我国积累的大量高质量、多元素、多尺度的地球化学数据,为矿产勘查与环境评价提供了有效的数据支撑。如何对这些数据进行二次开发和再利用,提取有价值的地球化学异常信息并带动找矿突破,是缓解当前矿产资源短缺的重要途径之一。在覆盖区和深部的找矿实践中,由于矿体埋深和覆盖层的影响,往往在表生介质中形成弱小的地球化学异常,识别和评价弱小地球化学异常是当前勘查地球化学数据处理的重要方向之一。本文围绕地球化学异常信息的提取和评价,主要从以下几个方面讨论了相关的国内外研究进展和发展趋势:勘查地球化学数据处理与异常识别方法和模型,勘查地球化学数据闭合效应的影响及其解决方案,基于大数据和机器学习的勘查地球化学数据处理以及弱小地球化学异常的识别和评价。研究发现,在地质环境的约束下,基于大数据思维和机器学习相结合的方法,注重地球化学空间分布模式与已发现矿床的相关关系,同时使用所有地球化学变量能有效刻画具有非线性特征的地球化学空间分布模式,可识别出传统方法无法识别的异常,为开展地球化学空间模式识别与异常提取提供了新的途径。     

大数据环境下内蒙古浩布高地区铅锌多金属矿智能矿产预测研究

传统机器学习算法已广泛应用于矿产预测,但面对地质大数据的高维稀疏、不平衡小样本等特性仍缺乏有效处理和分析的方法,设计适合地质大数据特点的机器学习算法是智能矿产预测亟需解决的新问题。本文以内蒙古浩布高地区的铅锌多金属矿产预测为例,提出了一种面向地质大数据的半监督协同训练矿产预测模型。首先对研究区地质找矿信息和地球化学异常信息进行定量分析,提取断裂构造、二叠系地层、燕山期侵入岩、地层与岩体接触带、围岩蚀变及Pb、Zn、Sn、Cu地球化学异常共9种找矿因子。然后利用递归特征消除法优选找矿因子组合,不包括Sn异常在内的8个找矿因子组合被选为最优组合。最后,利用支持向量机和随机森林算法作为基分类器进行半监督协同训练矿产预测,绘制成矿概率分布图。ROC曲线和预测度曲线分析结果表明,半监督协同训练模型的AUC值和预测效率都高于随机森林和支持向量机模型。研究结果也为大数据环境下的智能矿产预测提供了一种新的思路。     

西藏铁格隆南铜(金)矿床三维模型分析与深部预测

铁格隆南铜(金)矿床是近年来在班公湖-怒江成矿带西段多龙矿集区新发现的超大型Cu(Au-Ag)矿床。本文针对铁格隆南矿区深部找矿问题,以现代成矿地质理论和多元地学信息综合分析技术为支撑,以构建矿床找矿模型为指导,依托数据库技术、3S技术、三维建模与可视化技术及地质统计学理论与方法,开展基于矿产地质、地球物理、地球化学等成矿条件及找矿标志的三维地质实体建模与矿化异常三维空间重构,将铁格隆南矿床的预测评价研究拓展到三维空间,揭示了区内成矿地质特征、地球化学及地球物理异常表征,据此探讨了矿床的成因及矿体分布特征。并在此基础上,开展了矿区的地质-地球化学-地球物理综合信息分析与预测评价,以期减少单一信息多解性和成矿条件不确定性,为铁格隆南矿区深部找矿工作提供参考。研究结果表明:在地质找矿模型指导下,基于深部成矿空间三维结构重构基础上的三维地质、地球物理、地球化学异常信息提取与综合分析,可以有效的识别成矿地质体和矿致异常信息,实现深部矿产资源靶区空间定位预测,为深部找矿预测研究提供了新思路。综合分析结果显示铁格隆南矿床深部找矿潜力巨大。     

勘查地球化学信息二次挖掘应用探讨

勘查地球化学是隐伏、半隐伏矿，难识别矿找矿获取成矿直接信息的主要手段，是传统宏观矿化露头找矿向微观矿化露头找矿的延续，在国内外金属矿床，特别是贵金属矿床的直接或间接发现中发挥了重要作用。如何对区域化探扫面计划形成的，中国特有的区域性海量地球化学直接找矿信息进行二次挖掘? 在“国务院关于加强地质工作的决定”、信息找矿时代来临的今天尤为重要。文章以云南思茅、景洪地区为例，从地质的角度探讨了地质背景差异对地球化学信息在元素组合、异常圈定等方面的影响，据此为一线地质找矿人员充分再次挖掘已有地球化学信息抛砖引玉，以便更好的加强地球化学异常筛选评价和异常查证工作。     

内蒙古新达来草原覆盖区钼铜多金属成矿预测

内蒙古新达来草原覆盖区位于西伯利亚板块东南大陆边缘晚古生代陆缘增生带,属古亚洲成矿域的二连—东乌旗铜钼铁晚古生代—中生代成矿带的一部分,找矿潜力巨大。该区被牧草和第四系大面积覆盖,基岩出露较差,找矿工作相对滞后。通过研究该地区区域成矿地质背景和典型矿床地质特征,分析控矿因素与找矿标志,构建综合信息预测模型,提取地质、地球化学、地球物理、遥感等找矿信息,借助GIS技术进行覆盖层“揭盖”和对找矿信息进行提取,以GeoDAS 矿产预测软件为平台,运用多重分形滤波技术区分复杂背景与异常,提取矿化弱异常,应用模糊证据权法进行信息综合集成,形成预测后验概率图,圈定找矿远景区并进行验证,探索内蒙古草原覆盖区内生金属矿床勘查与预测评价新途径。     

大比例尺勘查地球化学找矿信息提取集成与成矿预测——以内蒙古乌拉特后旗查干德尔斯大型钼矿为例

在综合研究成矿地质条件的基础上,深入剖析1∶2.5万沟系土壤地球化学特征,准确提取、集成地质-地球化学找矿信息,识别主成矿元素,判别矿化类型,圈定找矿有利部位,经钻探验证,发现内蒙古乌拉特后旗查干德尔斯大型隐伏钼矿。笔者通过典型案例分析,重点论述勘查地球化学找矿信息在成矿预测中的作用,为寻找隐伏矿床提供参考。     

火山-深成岩组合在深部矿床(化)预测中的意义

深部找矿及深部矿床(化)的预测日益引起地质学家们的广泛注意,特别是在已知地表矿化区如何预测深部可能出观的矿化,更为人们所关注。当前用于预测深部矿化的手段不外乎地球物理的,地球化学的和地质的,其中以地质方法尤为重要,没有详细的地质研究基础无法正确使用地球物理和地球化学方法所获得的任何信息。下面介绍一种与内生成矿作用有关的深部预测找矿的地质方法。     

成矿区三维可视化与立体定量预测——以钦-杭成矿带庞西垌地区下园垌铅锌矿区为例

矿产资源是人类生存与社会进步的根本物质保障。近年来,随着地表矿、浅部矿产资源的日益枯竭,采用新技术、新方法的深部矿产资源预测成为地质勘查的主要研究方向。基于数字化、三维可视化及矿产定量预测为主的三维地质建模技术,为当前矿产资源远景预测与找矿工作提供了有力的工具。本文在现代成矿预测理论研究基础上,运用三维地质建模技术建立了钦杭成矿带下园垌矿区地质、地球物理、地球化学、钻孔等三维模型,揭示了区内构造地质特征、地球化学异常表征及地层岩体要素,据此探讨了矿床的成因及矿体分布特征。并在此基础上,采用证据权方法对研究区地质、地球物理、地球化学等多源信息进行融合,运用断裂缓冲区、地球化学异常、东岗岭组沉积岩地层等为证据因子来计算单位体积成矿后验概率,进行立体成矿预测,并圈定出铁锰矿、方铅闪锌矿、铅锌银综合矿等3处找矿有利靶区及估算出预测区内矿产资源储量总量为88710吨。研究结果表明:综合分析地质、地球物理、地球化学及钻孔数据进行矿区的三维地质空间定位、定量预测研究,可以有效的识别矿致异常信息,圈定找矿远景区,为成矿预测研究领域提供了新方向,可以将此方法应用至其他矿山。     

以地貌单元为依据的工程地质分区研究——以武汉市都市发展区城市地质研究为例

第四纪时期的构造运动和气候变化等具有明显的阶段性特点,地貌单元即是阶段性地质演化的宏观体现。不同地貌单元的构成土体具有特定的岩性、成因、结构、构造等组合及水文地质特征。通过对武汉市地貌、第四纪地质特征(地层、成因、岩性等)及土体工程地质性质等综合调查,发现地貌单元对工程地质条件具有明显的宏观控制意义。进而提出一级地貌分区即地貌区可作为工程地质分区的依据,二级地貌分区即地貌成因类型单元可作为工程地质亚区的划分依据。据此原则,将武汉都市发展区划分出4个工程地质区和14个工程地质亚区。并根据不同地貌单元的第四纪沉积物岩性、成因及沉积环境对各个工程地质区和亚区的工程地质特性进行了讨论。     

粤西德庆地区晚奥陶世化石的发现及其地质意义

本文介绍了广东西部德庆地区近年来新发现的一个晚奥陶世动物群,包括化石产出层位、生物组合类群及其科学意义。该动物群产自原划分为中奥陶世东冲组的地层内,化石产出层位岩性为泥质粉砂岩,动物类群以三叶虫为主,伴生有腕足动物、棘皮动物及少量短剑类化石,化石保存多较破碎,仅少部分保存较好,分布非常集中,结合野外露头与沉积相特征,其沉积环境为正常浪基面至风暴浪基面间的高能滨浅海环境。该动物群的发现,不仅厘定了这套地层时代,而且丰富了粤西地区晚奥陶世的生物组合面貌,为该地区奥陶系的划分对比和区域地质演化研究提供了新资料。     

黏土矿物含量对CO_2地质埋存体盖层封闭性的影响

为了解CO_2地质储存过程中黏土矿物含量对盖层封闭性的影响,本文以鄂尔多斯盆地三叠系和尚沟组泥岩盖层为研究对象,利用TOUGHREACT软件研究了不同黏土矿物含量、储层厚度对盖层封闭性的影响。研究表明,当盖层黏土矿物含量达到50%时,渗透率最大可减降低36%,有效封存厚度可达70 m;当黏土矿物含量减少至10%时,盖层自封闭性大幅降低,有效封存厚度为4 m,且盖层中的蒙脱石也由沉淀转化为溶解。黏土矿物含量越高,盖层封闭性越强,有效封存厚度越大。储层厚度对盖层封闭性有直接影响,当储层厚度大于盖层有效封存厚度时,则会发生泄漏;当储层厚度达到100 m时,CO_2将在125年后穿透黏土矿物含量为50%的盖层。本研究可为CO_2地质储存的储盖层选择和安全性评价提供理论依据。     

基于碳化-固化技术的武汉东湖淤泥耐久性演变微观机制

引入活性MgO-粉煤灰固化材料,采用碳化-固化联合技术处理武汉东湖疏浚淤泥,通过无侧限抗压强度、X射线衍射、扫描电镜和压汞试验,研究持续浸水、干湿循环和冻融循环等复杂环境下碳化-固化淤泥力学性质和微观结构演变。结果表明:活性MgO-粉煤灰固化淤泥经碳化处理后具备更优异的水稳性,浸水破坏后碳化淤泥试样整体抗压强度高于固化试样,提升幅度约为29%;碳化试样强度随干湿循环次数增加呈缓慢增加趋势,而固化试样则表现为先上升后下降;随着冻融循环次数增加,碳化前后试样抗压强度变化一致,即快速达到峰值后缓慢减小至保持不变。微观分析表明:起骨架支撑作用的棱柱形碳酸镁石、起填充与黏结作用的花骨状和片状的水碳镁石和球碳镁石为主要碳化产物,骨架-填充-黏结协同作用使碳化试样强度高,水稳定性好,抗干湿冻融能力强;持续浸水促使球碳镁石和水碳镁石向碳酸镁石转化,大孔隙增多;干湿循环促使碳酸镁石向球碳镁石和水碳镁石转化;冻融作用下试样碳化产物之间无明显转化。     

中国东部岩石圈地幔的富化和置换过程

中国东部大陆主要由华北和华南两个古老地块在早中生代沿秦岭-大别-苏鲁造山带拼合形成,在显生宙特别是晚中生代时,东部大陆特别是华北东部发生显著活化,表现为浅部强烈的构造变形、盆地形成、岩浆活动、巨量成矿和深部岩石圈地幔的改造、减薄和增生作用,从而明显区别于全球其他稳定的克拉通地区。本文梳理了中国东部大陆演化历史和岩石圈地幔特征,认为华北和华南地块均由古老陆块拼合而成,块体初始规模小且内部发育薄弱带;显生宙以来华北、华南甚至整个中国东部都受到周边多个构造域的夹持影响,板片俯冲引起的软流圈上涌和熔流体活动沿大陆内部薄弱带和边缘有效侵蚀、改造上覆大陆岩石圈,使之发生减薄、再富集和置换作用,这种被改造的岩石圈地幔具有饱满的组成(富含玄武质组分)、较高的密度和较低的刚性程度,容易发生构造变形和部分熔融,使原本稳定的克拉通发生活化。因此,块体规模和内部薄弱带(内因)及周边构造环境(外因)是大陆稳定性的重要控制因素,中国东部大陆显生宙活化是这些因素协同作用的结果。     

亲铜(亲铁)元素含量比值在地球科学中的初步应用实例

亲铜(亲铁)元素在行星增生演化、核幔分异、地幔岩浆过程、壳幔相互作用以及金属矿床成因等领域具有举足轻重的作用。本文从亲铜元素的地球化学性质出发,介绍了"高维度思维"的亲铜元素含量比值及其在地球科学领域的初步应用:①获得同一份样品中不同亲铜元素含量可在一定程度上降低样品的不均一性(块金效应)对含量比值的影响;②Cu/Ag值可以约束不同高温岩浆过程中硫化物固液状态和亲铜元素地球化学性质,进而认识地幔、洋壳和大陆地壳间的联系;③具有不同分配系数的亲铜元素含量的比值可以鉴别岩浆硫化物饱和史,比如通过亲铜元素的分异约束火星陨石母岩浆的硫化物不饱和演化历史;④依据In-Cd-Zn在硅酸盐地球的含量以及它们的相对亲铜亲铁性质,地球主体增生物质已经消失,不能由陨石代表。     

还原态蒙脱石有氧条件产生羟自由基降解有机污染物

近期见有含二价铁矿物可活化分子氧产生羟自由基而氧化污染物的报道。本文选用土壤/沉积物中的常见组分蒙脱石(含铁约2%),研究了还原态蒙脱石在不同条件下活化分子氧降解苯酚的效果。结果表明,20g/L还原态蒙脱石(还原程度为30%)在pH=6和有氧条件下,可通过产生羟自由基使11μM苯酚的降解率在6h内持续增加至59.1%。苯酚降解率对应的最佳pH为5,当pH>6时降解率则随着p H的升高而急剧降低;苯酚降解效果还随还原态蒙脱石剂量(0~40g/L)增加而提高;苯酚初始浓度为11μM降解率最高,增加或者降低初始浓度均使降解率降低。还原态蒙脱石铁含量低,活化分子氧时其八面体边缘配位和结构内部二价铁共同起作用,而受八面体层Al、Mg等惰性组分阻碍,其结构二价铁难以向边缘位置传递电子,这与前期报道的还原态绿脱石(含铁约20%)不同。     

基于STA/LTA岩石破裂微震信号实时识别算法及工程应用

微震监测获取的数据中通常混有大量的非岩石破裂信号,该类信号目前主要通过人工经验进行识别与滤除,这消耗了大量的宝贵时间,严重影响灾害的防治和救援效率。对大量微震信号进行分析,发现STA/LTA算法在信号实时触发后能大致表征波形振幅和频率的变化,岩石破裂信号和非岩石破裂信号在延迟位置处R值具有差异性。基于此,提出了岩石破裂微震信号实时识别算法。新算法应用到白鹤滩水电站地下厂房、红透山和阿舍勒铜矿深部采场3个工程,岩石破裂事件识别的准确率分别是85.98%、92.45%和91.06%,非岩石破裂事件滤除的准确率分别是72.06%、83.11%和49.87%。该算法使基于岩石破裂微震信息的岩石工程灾害自动分析与预警成为可能,具有重要意义。