隱伏礦床定位預測虛擬仿真實驗教學的探索與實踐

唐利

[摘 要] 隱伏礦床定位預測的虛擬仿真實驗教學旨在探索虛擬仿真實驗教學在固體礦產勘查實習方面的應用效果。隱伏礦床定位預測虛擬仿真實驗教學以內蒙古林西地區隱伏螢石礦床的成功勘查案例為背景，結合豐富的地—物—化—遙資料成果，利用虛擬仿真實習平臺，使學生熟練掌握隱伏礦床的找礦方法和定位預測工作流程。隱伏礦床定位預測虛擬仿真實驗教學在培養資源勘查工程專業學生的實踐能力、研究能力、創新能力和綜合素質等方面有著其他教學環節所不能替代的獨特作用，可以作為礦產勘查學綜合實習教學的重要環節。

[關鍵詞] 虛擬仿真實驗教學;隱伏礦床定位預測;礦產勘查;資源勘查工程

[基金項目] 2020年度中國地質大學（北京）本科教育質量提升計劃——虛擬仿真實驗教學建設項目“隱伏礦定位預測虛擬實驗教學”（XNFZ202002）

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

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

一、引言

礦產勘查學的課程教學包括理論知識教學和野外實習教學兩部分[1-4]。理論知識的課堂教學主要利用文字描述和圖片示意相結合的方法，只有擁有大量野外地質現象的感性認識、較強地質思維分析能力和豐富想象力的學習者，才能較好地理解礦產勘查學理論和基本方法，對初學者而言非常困難。野外地質實習往往面臨周期長、工作量大、費用高和環境危險的問題。

隨著現代科技的進步和發展，在傳統礦產地質調查和探測技術基礎上，結合現代計算機技術、信息技術、數字模擬技術、三維可視化技術、虛擬現實技術等，可以逐漸實現虛擬地質環境，虛擬一個地區（或勘查區）的三維地質環境和地質體的分布特征，在虛擬野外踏勘的基礎上，虛擬練習勘探工程布置及施工、數據處理和圖件制作（基于前期工作積累，如地質剖面、物探剖面、化探剖面、遙感圖像等成果），將產學研成果虛擬應用到學生基本地質技能和其他綜合能力的培養[5-9]。隱伏礦床定位預測虛擬仿真實驗教學將內蒙古林西地區已有的地—物—化—遙綜合勘查成果從定性描述到定量模擬，從二維表達到三維可視化虛擬，從二維圖紙設計到虛擬三維設計。現代科學技術的重大進步為我們構建礦產勘查虛擬仿真實驗教學系統奠定了良好的理論和技術基礎[ 10-12 ]。基于內蒙古林西地區賽波羅溝門隱伏礦床定位預測虛擬仿真實習，學生們可以直觀、便捷和高效地學習掌握隱伏礦床定位預測基本方法和工作流程，甚至可以通過補充新的野外觀測數據，在虛擬環境下開展科學研究和勘查實踐，提出新觀點和新認識。

二、課程內容和建設目標

隱伏礦床定位預測虛擬仿真實驗教學課程依托中國地質大學（北京）建立的林西產學研實踐教學基地，以內蒙古林西地區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[ 13-15 ]，通過虛擬仿真實驗教學使學生熟練掌握隱伏礦床的找礦方法和定位預測工作流程，課程包括以下方面的主要內容。

1.掌握工作區踏勘方法，通過追索和穿越等虛擬野外地質路線踏勘，熟悉工作區的地層、構造、巖漿巖、礦體露頭和圍巖蝕變等地質特征。在了解區域螢石礦床的控礦因素（地層、構造、巖漿巖等）、礦床成因和成礦規律的基礎上，掌握礦產勘查設計的基本方法和流程，能獨立設計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與螢石礦化密切相關的硅化、高嶺土化等蝕變信息，及控制礦體展布的構造信息。

3.掌握地球化學勘查方法在隱伏礦床定位預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構特征。

5.利用地—物—化—遙綜合找礦方法和地質異常信息，訓練學生掌握深部隱伏礦體的定量預測評價方法。基于虛擬仿真學習環境中的觀察和互動，訓練學生撰寫科技報告的能力和綜合分析能力，提交礦產勘查實習報告。

三、教學方法和具體步驟

礦產勘查的野外實習具有特殊性，由于勘查過程及土壤取樣工作量大、野外滑坡落石等因素，大批學生去現場實習，經費預算有限、安全責任重大。因此，依托少量的野外實地觀測，大量運用虛擬仿真技術推進更安全、更高效的虛擬實習非常有意義。隱伏礦定位預測虛擬仿真實驗教學始終圍繞以學生為中心的教學理念，可采用遠程網絡自主性學習方式完成實習，也可以在教師指導下虛實結合完成。在虛實結合教學模式下，又可分為校內教學場景和野外實地教學場景。

（一）校內教學場景虛實結合教學為主

在室內教學過程中，學生可以在實驗室仔細觀察巖石、礦石標本，并獲取它們的物、化探分析數據，及各類地質圖件和遙感影像等地質資料，并利用實驗室各類儀器對實物標本開展測量，但是對于巖石、礦石產出的野外地質環境可能并不直觀，對野外地質場景的觀察缺乏親身體驗。利用本項目虛擬實習資源，可以克服野外地質現象觀察的缺陷。

學生通過網絡自學方式根據網站資源提前預習相關知識，利用本項目網站，開展野外地質現象的在線觀察和描述，然后根據實體實驗室真實的標本資源借助放大鏡、顯微鏡、便攜式X射線熒光分析儀、甚低頻電磁儀、伽馬能譜儀等地質設備進行觀察描述和數據測量，結合虛擬實習環境中的野外實景進行勘查區地質特征、勘探線和勘探工程布置、勘探工程實施、數據處理及異常提取、綜合地—物—化—遙定量預測評價深部資源，進一步地自主進行在線測驗，并在線提交實習報告，完成學習過程。