基于礦山開采的地質(zhì)礦產(chǎn)找礦技術(shù)研究

焦 陽，馮俊環(huán)

（甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第一地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，甘肅 天水 741020）

我國雖然是資源大國，但是在國家發(fā)展過程中，大量開采礦產(chǎn)資源，促進(jìn)了我國地質(zhì)研究。然而，隨著礦產(chǎn)資源的大量開采，研究出X熒光、定向鉆探、低頻電磁等礦產(chǎn)資源尋找技術(shù)，尋找礦山深層的礦產(chǎn)資源[1]。如今，礦山開采的地質(zhì)礦產(chǎn)找礦技術(shù)，已經(jīng)研究至頂峰，傳統(tǒng)的找礦技術(shù)已經(jīng)難以尋找出礦山深層的礦產(chǎn)資源。

基于此，根據(jù)當(dāng)前科技發(fā)展現(xiàn)狀，提出基于礦山開采的地質(zhì)礦產(chǎn)找礦技術(shù)研究這一課題，為滿足礦山開采的地質(zhì)礦產(chǎn)找礦技術(shù)研究提供參考。

1 研究基于礦山開采的地質(zhì)礦產(chǎn)找礦技術(shù)

1.1 確定找礦途徑

傳統(tǒng)的找礦技術(shù)，多使用地質(zhì)填圖、甚低頻電磁、X熒光、地物化三場等技術(shù)，尋找地質(zhì)礦產(chǎn)資源[2]。這些技術(shù)中，地質(zhì)填圖技術(shù)需要精確的礦山地質(zhì)數(shù)據(jù)，測量礦山地質(zhì)，分析礦山整體規(guī)模和基本形態(tài)，增強(qiáng)礦山中存在的特殊地質(zhì)條件，對測量精度要求極高；甚低頻電磁技術(shù)檢測礦山中礦石的磁性，依據(jù)檢測結(jié)果，判斷礦山中是否存在礦產(chǎn)資源，但是，該方法尋找深層地質(zhì)礦產(chǎn)不準(zhǔn)確，不能獲取地質(zhì)礦產(chǎn)資源詳細(xì)數(shù)據(jù)；X熒光技術(shù)也是根據(jù)地質(zhì)礦產(chǎn)資源性質(zhì)，確定礦產(chǎn)資源種類和數(shù)量，但是X射線距離有限，使該技術(shù)勘查地質(zhì)礦產(chǎn)深度受限；地物化三場技術(shù)則是根據(jù)礦山地球物理、化學(xué)和結(jié)構(gòu)特征，分析礦山是否存在礦產(chǎn)資源，但是判斷精度相對其他找礦技術(shù)低[3]。

面對上述傳統(tǒng)找礦技術(shù)存在的缺陷，此次研究將遙感技術(shù)與卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合，以遙感技術(shù)采集的礦山數(shù)據(jù)為支撐，通過卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對巖性識別、反演地質(zhì)結(jié)果、地質(zhì)填土等方式，尋找地質(zhì)礦產(chǎn)資源，挖掘礦山地質(zhì)礦產(chǎn)資源深層次信息。

1.2 監(jiān)測礦山地質(zhì)數(shù)據(jù)

目前遙感技術(shù)已經(jīng)十分成熟，被應(yīng)用在與地質(zhì)相關(guān)的各個(gè)領(lǐng)域，但是，在找礦技術(shù)研究中，遙感技術(shù)的應(yīng)用相對較少[4]。遙感技術(shù)可以感知地下物質(zhì)變化，形成電磁波，只需要的分析電磁波中包含的信息，就可以得到地下結(jié)構(gòu)和特征，且在使用的過程中，不會(huì)受到時(shí)間、高度、深度、位置等限制[5]。

因此，此次研究的找礦技術(shù)，為了滿足礦山開采需求，將采用遙感技術(shù)，監(jiān)測礦山物理數(shù)據(jù)。

根據(jù)上述內(nèi)容對遙感技術(shù)的分析結(jié)果，在尋找礦山地質(zhì)礦產(chǎn)資源之前，需要獲取礦山開采數(shù)據(jù)，其一，為地質(zhì)礦產(chǎn)資源尋找做準(zhǔn)備，其二，依據(jù)找礦數(shù)據(jù)，在開采礦產(chǎn)資源時(shí)，可以減輕礦產(chǎn)開采難度。基于此，設(shè)計(jì)的礦山監(jiān)測過程如下：

①確定的礦山基礎(chǔ)信息，選擇合適的遙感技術(shù)設(shè)備型號，調(diào)整遙感技術(shù)設(shè)備的參數(shù)，為礦山信息監(jiān)測做準(zhǔn)備；②通過微波雷達(dá)、航空攝影和掃描等成像方式，采集礦山地質(zhì)電磁波影像，形成礦山地質(zhì)數(shù)據(jù)；③根據(jù)采集到的礦山地質(zhì)電磁波影像數(shù)據(jù)，進(jìn)行圖像幾何和輻射校正、圖像變換和增強(qiáng)等圖像預(yù)處理方式，在計(jì)算機(jī)微處理器中，預(yù)處理礦山地質(zhì)電磁波影像數(shù)據(jù)；④基于采集到的礦山地質(zhì)電磁波影像數(shù)據(jù)，實(shí)地調(diào)查礦山基礎(chǔ)信息，補(bǔ)充礦山地質(zhì)電磁波影像數(shù)據(jù)，修正數(shù)據(jù)中不確定信息，完善礦山地質(zhì)電磁波影像數(shù)據(jù)內(nèi)容；⑤依據(jù)數(shù)據(jù)驗(yàn)證結(jié)果，整理礦山地質(zhì)電磁波影像數(shù)據(jù)，繪制成數(shù)據(jù)檢測表，記錄數(shù)據(jù)礦山地質(zhì)數(shù)據(jù)監(jiān)測時(shí)間，形成動(dòng)態(tài)礦山地質(zhì)遙感影像，實(shí)現(xiàn)礦山地質(zhì)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測。

根據(jù)此次研究，采集到的礦山不同時(shí)間段電磁波影像數(shù)據(jù)，包括礦山中各種巖石的種類、地質(zhì)地層分布情況和運(yùn)動(dòng)形態(tài)，實(shí)現(xiàn)真正意義上的礦山地質(zhì)實(shí)時(shí)監(jiān)測。

1.3 構(gòu)建找礦模型尋找地質(zhì)礦產(chǎn)

基于遙感技術(shù)采集到的礦山地質(zhì)電磁波影像數(shù)據(jù)，提取采集到的礦山地質(zhì)電磁波影像數(shù)據(jù)特征，形成便于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理的規(guī)則網(wǎng)格數(shù)據(jù)。根據(jù)卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型深度學(xué)習(xí)對數(shù)據(jù)樣本需求，采用步長平移數(shù)據(jù)的方式，增加樣本數(shù)量，得到泛化能力更優(yōu)的數(shù)據(jù)樣本，過程如下：

（1）根據(jù)遙感技術(shù)采集到的數(shù)據(jù)，確定步長平移窗口大小。在此次研究中，將步長平移窗口大小設(shè)定為四十六乘四十六，形成兩千一百一十六個(gè)網(wǎng)格單元。

（2）依據(jù)遙感技術(shù)采集到的數(shù)據(jù)，讓礦山中每一處可能存在礦床的位置，分別放置于一個(gè)單元格中，從每一個(gè)單元格中提取礦山數(shù)據(jù)。

（3）遍歷兩千一百一十六個(gè)網(wǎng)格單元，可以得到兩千一百一十六個(gè)模型訓(xùn)練樣本數(shù)據(jù)。

在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)地質(zhì)礦產(chǎn)找礦模型，以上述三個(gè)步驟建立的網(wǎng)格單元，作為模型的基礎(chǔ)單元，網(wǎng)格中集合的礦山地質(zhì)數(shù)據(jù)，為模型的數(shù)據(jù)輸入。此時(shí)，選擇RuLu函數(shù)作為模型的激活函數(shù)，激活模型。依據(jù)模型輸入層輸入的數(shù)據(jù)，在卷積層提取數(shù)據(jù)局部特征，得到地質(zhì)礦產(chǎn)數(shù)據(jù)特征圖，池化層進(jìn)一步壓縮數(shù)據(jù)特征圖，擬合礦山數(shù)據(jù)，完成樣本數(shù)據(jù)訓(xùn)練，輸出地質(zhì)礦產(chǎn)找礦結(jié)果。

2 實(shí)例分析

此次研究，采用實(shí)例分析的方式，以某區(qū)域礦山勘查區(qū)，作為此次設(shè)計(jì)的實(shí)例分析對象，驗(yàn)證此次研究的基于礦山開采的地質(zhì)礦產(chǎn)找礦技術(shù)的可行性。

2.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

此次實(shí)驗(yàn)選擇的礦山勘查區(qū)共存在銅、鉛、鋅、金、銀、錳、鈷等7種金屬元素，礦山巖層整體產(chǎn)狀在三百一十度到三百五十度之間，傾角在二十六度到五十五度之間，存在多組正斷層、錯(cuò)段、平移斷層和分割。該礦山勘查區(qū)相關(guān)資料表明：礦山中主要存在銅、鋅、鉛等金屬元素礦床，其中鉛元素為銅鋅元素的伴生礦，其他元素次之，未形成礦床規(guī)模。

此次實(shí)例分析選擇的礦山勘查區(qū)，被分為六個(gè)礦段，分別為K101、K102、K103、K104、K105、K106六個(gè)，每個(gè)礦段礦床的深度、金屬產(chǎn)量的分布率、含量等不一致，其具體情況如表1所示。

表1 礦山勘查區(qū)實(shí)際情況

基于表1所示的礦區(qū)實(shí)際情況，采用此次研究的地質(zhì)礦產(chǎn)找礦技術(shù)，尋找此次實(shí)驗(yàn)中選擇的礦山勘查區(qū)存在的礦產(chǎn)資源，分析其分布、含量情況。其實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下。

2.2 分析結(jié)果

基于此次實(shí)例分析，選擇的礦山勘查區(qū)域，采用此次研究的地質(zhì)礦產(chǎn)找礦技術(shù)，尋找該區(qū)域中存在的礦產(chǎn)資源，并判斷礦產(chǎn)礦床深度、分布率、含量，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2 勘查區(qū)域找礦結(jié)果

從表2中可以看出，此次研究的找礦技術(shù)，可以在勘查區(qū)中確定礦產(chǎn)資源的深度、分布率、金屬含量和不同礦段間存在的金屬礦。并將找礦結(jié)果與勘查區(qū)實(shí)際結(jié)果進(jìn)行對比，此次研究的找礦技術(shù)找礦結(jié)果，與實(shí)際結(jié)果之間存在的誤差小于0.5。可見，此次研究的找礦技術(shù)，可以應(yīng)用在實(shí)際中。

3 結(jié)語

綜上所述，此次研究充分考慮礦山開采情況，采集礦山數(shù)據(jù)，提出基于礦山開采的地質(zhì)礦產(chǎn)找礦技術(shù)，并通過實(shí)例分析，驗(yàn)證研究技術(shù)，可以應(yīng)用在實(shí)際中。