大數(shù)據(jù)時(shí)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(jì)南 250100）

地球物理學(xué)是一門十分重要的學(xué)科，它的原理是物理學(xué)。使用各種方法觀察了地球各個(gè)物理場(chǎng)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(duì)地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)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(xué)的基礎(chǔ)[1]。物體探測(cè)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(jìn)行資源和能源的勘探時(shí)發(fā)現(xiàn)，以及地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)測(cè)中具有許多優(yōu)勢(shì)，在此過程中，海量數(shù)據(jù)和復(fù)雜數(shù)據(jù)類型消耗了大量研究人員的時(shí)間和精力。地質(zhì)學(xué)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(huì)在礦山勘探中造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，因此，如何有效地整合龐大而復(fù)雜的數(shù)據(jù)，以避免勞動(dòng)和相關(guān)成本（如數(shù)據(jù)收集和處理）的重復(fù)對(duì)勘探至關(guān)重要。經(jīng)過大量研究和實(shí)踐，通過創(chuàng)建用于數(shù)據(jù)集成和管理的獨(dú)立軟件，創(chuàng)建了一個(gè)多學(xué)科與多部門的集成協(xié)作工作平臺(tái)。這使得從勘探、開發(fā)到生產(chǎn)和運(yùn)營(yíng)的整個(gè)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(shí)代下的礦山地質(zhì)物理勘探技術(shù)設(shè)計(jì)

1.1 建立地質(zhì)勘探平臺(tái)

建立目標(biāo)勘探平臺(tái)是確定儲(chǔ)層巖性，斷層和儲(chǔ)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(shì)，地震數(shù)據(jù)量急劇增加。同時(shí)，隨著地震地質(zhì)學(xué)和工程學(xué)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(fù)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(zhǔn)確性[4]。Ha-doop是一款允許跨計(jì)算機(jī)集群進(jìn)行分布式存儲(chǔ)和計(jì)算的大數(shù)據(jù)分析軟件，具有高穩(wěn)定性、高運(yùn)算效率和高靈活性的優(yōu)勢(shì)，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(tái)，通過收集多數(shù)據(jù)源建立平臺(tái)數(shù)據(jù)庫，將復(fù)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(shí)對(duì)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(dòng)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(qiáng)的功能和個(gè)性，反映出了軟件開發(fā)和誤差修復(fù)功能的大大增強(qiáng)。

1.2 分析礦層地質(zhì)數(shù)據(jù)

在建立地質(zhì)勘探平臺(tái)后，通過對(duì)平臺(tái)整理的大數(shù)據(jù)進(jìn)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(shí)效性及準(zhǔn)確性。通過對(duì)不同開發(fā)商提供的大型、復(fù)雜大數(shù)據(jù)分析，這使得能夠使用先進(jìn)技術(shù)來識(shí)別礦藏。地下礦物質(zhì)微滲入土壤表層會(huì)影響土壤表層的微生物組成。因此，對(duì)探礦區(qū)表層土壤樣品進(jìn)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(jī)器學(xué)習(xí)的快速發(fā)展使這項(xiàng)技術(shù)成為可能。對(duì)礦區(qū)己有生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證，該技術(shù)對(duì)礦區(qū)礦石走勢(shì)的預(yù)測(cè)精度高達(dá)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(qiáng)度等多個(gè)源參數(shù)，因此引入大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)可以改善對(duì)水力壓裂過程的分析和逆流規(guī)律。合理性和準(zhǔn)確性[5]。使用大數(shù)據(jù)挖掘和主成分分析對(duì)來自多個(gè)來源的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類和優(yōu)化，可以有效地過濾來自多個(gè)來源的參數(shù)中的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因素，并降低數(shù)據(jù)處理的復(fù)雜性。基于主要控制因素的預(yù)測(cè)壓裂液流量的方程可以提供良好的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性，并分析各種因素對(duì)壓裂液反向流量的影響，為進(jìn)一步開發(fā)油氣提供指導(dǎo)。另外，隨著儲(chǔ)層改造規(guī)模和地震檢波器精度的不斷提高，對(duì)壓裂過程產(chǎn)生的巨大的微震監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理也需要大數(shù)據(jù)支持。Hadoop大數(shù)據(jù)平臺(tái)用于集成微地震數(shù)據(jù)，并配備了適當(dāng)?shù)乃惴ǎ梢詫?duì)儲(chǔ)層中水力壓裂的分布進(jìn)行高精度的預(yù)測(cè)和可視化分析。

2 實(shí)驗(yàn)研究

2.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

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

表1 實(shí)驗(yàn)樣土編號(hào)表

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

針對(duì)樣土中檢測(cè)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(cè)礦藏流程圖

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

2.2 樣土測(cè)試

針對(duì)土壤中的微生物種類進(jìn)行分析，通過礦藏模型，大數(shù)據(jù)平臺(tái)軟件物理勘探方法測(cè)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(cè)試樣土中礦層微生物含量表

根據(jù)表中大數(shù)據(jù)測(cè)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(duì)比傳統(tǒng)方法檢測(cè)樣土中的礦層微生物含量如表表3。

表3 傳統(tǒng)方法檢測(cè)樣土中礦層微生物含量表

根據(jù)傳統(tǒng)方法檢測(cè)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(cè)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(duì)兩組數(shù)據(jù)對(duì)比分析可以得到，使用大數(shù)據(jù)平臺(tái)軟件測(cè)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(duì)礦層樣土中的微生物檢測(cè)較為精準(zhǔn)，使用傳統(tǒng)方法檢測(cè)微生物種類結(jié)果區(qū)間跨度較大，結(jié)果上下波動(dòng)區(qū)間不穩(wěn)定，難以總結(jié)檢測(cè)礦藏的規(guī)律。總體來講，應(yīng)用大數(shù)據(jù)平臺(tái)檢測(cè)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(xiàng)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(cè)都關(guān)乎物理勘探的應(yīng)用，在針對(duì)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(tái)整理規(guī)劃，可以更有效率的得到更精準(zhǔn)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(duì)大數(shù)據(jù)時(shí)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(duì)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(xué)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(cè)精度準(zhǔn)確。未來在能源開發(fā)過程中，物理勘探會(huì)應(yīng)用到方方面面，對(duì)于國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展有至關(guān)重要的作用。