實物地質資料巖心數字化實踐、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．山東黃金地質礦產勘查有限公司，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

我國礦產資源豐富，在生產勘探和開發過程中，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、可重復利用性等特點。近年來，隨著數字化技術的發展，借助儀器設備對實物資料進行數字化處理，可以將實物資料轉換成更易于存儲、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狀分析

巖心是重要的實物地質資料，傳統的實物巖心資料管理形式多為倉儲式保管，由于一個礦區的巖心可能從數百米到數十萬米不等，巖心數量多、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費不足，保存設施陳舊、保存條件差、管理不到位，導致資料損毀嚴重，存在隨意處置現象，這是對實物地質資料屬于國有資產的認識不足[4-5]。

隨著人類對自然的不斷索取開發，很多珍稀的自然資源不可再生，以前受技術手段的限制，再加上對實物資料的價值認識不足，未能充分發掘巖心潛在信息，導致對其利用不充分，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，在推進實物地質資料公共服務工作中經常發現信息源的損壞、丟失，因此，實物地質資料的科學管理才提上日程。

目前，實物地質資料的服務利用主要集中于為科研、生產技術人員提供觀察取樣和為大眾提供科普展覽服務，在網絡服務和信息共享服務方面還較為薄弱[9-10]。但是隨著信息技術的發展，數字化地質資料在公共服務方面的重要作用日益凸顯[7]，加強實物地質資料數字化，提高實物地質資料利用率顯得尤為重要。

2 開展巖心數字化工作的意義

巖心是地質礦產勘查過程中得到的重要實物資料，它攜帶了地下數百至數千米深度處的重要地質信息，是研究和了解地下地質和礦產情況的重要媒介。但由于其搬運、保管方面的諸多不便，導致其利用率低。開展巖心數字化建設，通過專業巖心掃描儀采集巖礦心表面圖像信息，進而將實物巖心轉化為計算機可存儲、處理的文字、圖像等信息，通過圖文數據管理系統將巖心圖像、巖心相關地質信息(巖石名稱、巖性描述等)存入到圖像數據庫中，建立巖心綜合柱狀圖，實現圖文信息的統一管理，利用輸出設備和系統還可以進行信息展示[11]。

在科學技術日新月異的今天，云計算、互聯網+、大數據等信息技術應用是大勢所趨。山東省依托中國地質調查局“地質云2.0”，遵循“大平臺、大數據、大系統、大集成”的理念，整合共享數據資源，建成“地質云·山東”服務平臺山東結點?！暗刭|云·山東”服務平臺構建了資料查詢、地勘項目管理、鉆孔數據—山東、地學文獻、地學科普、地質詞典等功能模塊。此外，為突出展示山東優勢礦種金礦，“地質云·山東”平臺設立金礦專題，以膠東主要金礦床為例展示山東省金礦勘查成果，而實物巖心數字化是構建“地質云·山東”金礦專題的基礎性工作，是“山東特色”的又一重要發展。

3 巖心數字化實踐

膠東地區是全球重要的黃金成礦集區，也是金礦實物地質資料收集保管的重點區域[12]。山東省為了提升全省地質資料智能化和信息化管理水平，實現全省地質信息高效共享和精準服務，以省內優勢礦種金礦地質資料為代表，在2018年率先開展了“山東省地質大數據集成與社會化服務示范研究”項目，該項目主要通過對相關金礦地質成果資料的矢量化和實物地質資料數字化處理，使有關地質資料更加便于保管，并能夠為用戶提供更便捷、更優質的服務。其中，巖心數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容，結合鉆孔技術數據的錄入，建立鉆孔綜合信息數據庫，利用輸出設備和系統進行信息加工、處理、展示，為“地質云·山東”門戶建設提供實物地質資料數據支撐。

3.1 數字化鉆孔巖心選取

山東省萊州市西嶺村金礦是山東黃金集團于2016年發現的超大型金礦床，礦區內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“膠西北金礦集區超深部綜合地質研究與資源預測”大型科研項目，對西嶺村金礦的發現起到了十分重要的指導作用，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深部金礦成礦規律研究的空白。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組成、巖石結構、構造屬性；也有助于科研單位研究深部成礦規律，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研發，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建立圖文數據庫。

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 巖心數字化工作流程

巖心數字化的目的是將實物巖心轉變為更方便存儲的圖像和文字信息，在數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的原始地質資料準備齊全，如原始地質編錄表、鉆孔柱狀圖、地質鉆探班報表等；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。

巖心數字化工作內容主要包括巖心掃描、掃描原始圖像裁剪、建立巖心圖文數據庫，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)啟動掃描儀并預熱。啟動計算機，進入掃描系統；打開掃描儀，為保證掃描圖片的質量，掃描前儀器應充分預熱，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，設置掃描參數。雙擊啟動“CoreScan”掃描軟件，選擇掃描方式為“白光平掃”。設置掃描參數(掃描巖心的長度、寬度及分辨率)，本次掃描參數設置為：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“礦區名稱+鉆孔編號+掃描方法”，即“西嶺村礦區ZK96-5白光平動掃描”。經過巖心掃描形成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，后續的工作即不斷重復掃描，直至將一個鉆孔的巖心全部掃描完成，即結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，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)導入數據庫，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“礦區名稱+鉆孔編號”，即“西嶺村礦區ZK96-5”，裁剪時錄入文件名、礦區名、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 建立巖心圖文數據庫

利用巖心圖文管理系統模板錄入鉆孔ZK96-5的巖性描述信息，通過系統的導入功能導入鉆孔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編錄的文字信息存儲入巖心圖文管理系統，形成巖心綜合柱狀圖，位于同一個局域網內的用戶均可以在線查看。此外，為了方便成果應用，可以將巖心圖文管理系統的巖心綜合柱狀圖導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。

經過巖心數字化，建立了包含巖心圖像、巖性地質描述與深度一一對應的巖心綜合柱狀圖(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 數字化成果利用

巖心數字化的成果主要為巖心掃描圖像、巖心地質描述信息及化驗分析數據等資料，可直接存儲于電子光盤、移動硬盤等介質，便于匯交、歸檔，同時，這些成果可以上傳至“地質云”或實物地質資料服務平臺，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，研究人員對地質資料的認識也在不斷發展，對礦山積累的實物地質資料進行二次或者多次開發具有重要的現實意義[13-15]。但是如何能夠提高地質資料二次開發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，合理利用實物地質資料數字化成果可以有效解決上述問題。

4 實物地質資料數字化成果總結與思考

4.1 山東省實物地質資料數字化首選優勢礦種

膠東金礦床4000m深鉆孔巖心的數字化，可以為未來深地資源勘查項目提供地質資料網上服務，為促進地質成果共享發揮重要作用。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 巖心數字化有利于提高實物巖心的利用率

地質資料是地質工作的重要成果表現，地質資料信息化建設是互聯網技術在地質行業的具體運用。利用巖心掃描技術，將巖心數字化后，實現網絡共享，這樣既可以供行業內人員查閱，指導類似礦產的地質勘查，降低勘查風險，又可以向全社會更好地展示地質工作成果，為向社會提供更高效、便捷、豐富的服務打好基礎，為我國礦業發展創造條件。

4.3 巖心數字化有助于完善“地質云”平臺內容

由中國地質調查局主持研發的“地質云”平臺，是一套綜合性地質信息服務系統。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資料目錄數據庫，但是大量項目缺少實物資料數字化成果，有的是因為實物資料缺失，更多的是因為尚未開展數字化工作。