甘肅地區有色金屬礦山精準找礦預測系統設計及應用

焦 陽，馮俊環

（甘肅省地質礦產勘查開發局第一地質礦產勘查院，甘肅 天水 741020）

當前甘肅地區礦產資源的需求量不斷增加，在甘肅省各有色金屬礦山中，地表的礦產資源逐漸減少，而找礦工作仍以易識別礦、淺部礦、地表礦為主，因此，設計找礦預測系統，對有色金屬礦山中的難識別礦、隱伏礦進行預測，保證甘肅地區礦業資源的可持續利用，具有重要意義。現階段，國外找礦預測研究較為成熟，應用現代遙感技術，收集礦區樣品輻射的電磁波，整合分析收集到的地質信息，將信息數據傳輸至接納設備，由控制中心加工處理信息數據，搭建礦山的模擬斷層和空間展布，輸出找礦預測結果。國內找礦預測研究同樣取得較大發展，文獻[1]利用卷積神經網絡，構造一個數字勘探模型，利用MAPGIS組件應用技術，提取多種來源的地質信息，總結不同類型礦產資源的化學特征，根據礦體元素異常圖，分析礦產資源的演化規律，按照礦體元素異常濃度，劃分礦體目標元素的分布礦帶，結合控礦構造的空間關系等信息，圈定金屬礦山的預測區域[1]。結合以上理論，針對甘肅地區有色金屬礦山，設計精準找礦預測系統。

1 甘肅地區有色金屬礦山精準找礦預測系統設計方法

1.1 系統硬件設計

優化遙感改裝設備、鉆井改裝設備，保證甘肅地區有色金屬礦山勘察數據的采集精度。根據應用需求和業務快速變化、數據多樣化特點，采用靈活性、輕量化相匹配的插件結構和框架，把系統結構分為數據層、業務層、表示層，對數據層的鉆井設備進行優化。選取馬達、動力設備、鉆孔機，組成礦山鉆探儀，利用內部電機裝置，為地質勘察點提供壓力，通過中央控制器，設置礦山的礦點井深，進行打孔鉆洞，采集有色金屬礦山的底層巖石樣品[2]。其中鉆孔機選擇XY-6型號的巖心鉆機，該鉆機的立軸轉動速度、可進行速度的調控范圍大，底盤采用分輪牽引的方式，液壓閥、液壓泵等動力裝置，均采用進口零件，通過履帶運轉、轉向操作的方式，進行移動鉆井[3]。為鉆孔機配置水剎車、制動設備、濕式離合器，增大鉆孔機體積，使設備運行時中心更加穩定，回轉器采用普通型、大通徑兩種裝置，配備6個可變檔的操作空間，以此增加鉆孔機給進行程[4]。利用變速箱、液壓無級變速，決定鉆孔機操作時的機體力量，采集初始地質數據，優化后的礦山鉆探儀尺寸為3720×1380×2020mm，技術參數如下表所示：

表1 礦山鉆探儀技術參數

礦區底層地質數據采集完畢后，對遙感設備進行優化，區分礦山區域的電磁波發射源，劃分為設備過濾折射的感光區域、以及設備直射的感應區域[5]。集中合成礦區圖像，輸出礦區樣品的分析結果。至此完成遙感設備、鉆井設備的優化，實現系統硬件設計。

1.2 系統軟件設計

分析礦山的成礦預測要素，計算金屬礦山靶區的成礦有利度，預測金屬礦山出礦區域。建立空間數據庫，統一管理采集的地質勘查信息，對信息數據進行分類，在同一坐標中輸入數據庫，實現地質信息的格式轉換，形成具有統一文件格式的空間數據庫。建立采集地質信息的邏輯關系，根據空間數據庫、地質圖、地質勘查報告、平面圖、鉆探和探槽記錄等文件資料，集成成礦環境、成礦條件、異常系列、成礦過程、礦床變化、礦床保存、礦化系列等信息數據，分析有色金屬礦山的成礦規律，總結出礦山的找礦標志和控礦因素[6]。提取金屬礦山的成礦預測變量，包括找礦因素、找礦標志、成礦規律，其中找礦因素包括是否發現過金礦、是否存在斷裂構造、褶皺構造、裂隙構造、巖漿巖被腐蝕程度異常、巖漿巖物化控制度異常、巖漿巖性質異常、元素分布異常、元素豐度異常、元素組合異常，找礦標志包括有色金屬重砂異常、巖石蝕變性異常、礦產出露異常[7]。若物探異常和化探異常的面積求和越大，成礦標志的存在標志越多，判斷礦山的出礦概率越大[8]。利用權重法，計算金屬礦山的成礦有利度，計算公式為：

其中H為金屬礦山的成礦有利度，為金屬礦山的成礦預測變量出現概率，為各成礦預測變量的權重系數，n為金屬礦山的成礦預測變量數量。設定成礦有利度上限和下限，當成礦有利度小于下限時，判斷區域成礦條件不利，當成礦有利度大于下限、小于上限時，判斷區域成礦條件較好，當成礦有利度大于上限時，判斷區域成礦條件極好。至此完成金屬礦山靶區的成礦有利度的計算，實現系統軟件設計，結合硬件設計和軟件設計，完成甘肅地區有色金屬礦山精準找礦預測系統設計。

2 實驗論證分析

將此次設計系統，與常用有色金屬礦山精準找礦預測系統，進行對比實驗，比較找礦預測準確率、及圈定成礦面積的出礦覆蓋率。

2.1 實驗準備

選取甘肅地區某金礦山作為實驗對象，該礦區資源豐富，主要巖石為中元古界長城系、新太古代片麻巖、閃長質-花崗閃長質等，區域內主要構造為褶皺構造，褶皺帶方向為東西，區域巖漿巖發育完整，含有新太古時期的金礦變質雜巖，通過地質作用，形成Au含量較高的巖漿巖。設計系統提取的預測要素、要素變量如下表所示：

表2 金礦山成礦預測要素

2.2 實驗結果

對金礦區域進行劃分，劃分為19個靶區，兩組系統分別對19個靶區進行找礦預測，篩選成礦條件較好、和成礦條件非常好的靶區，舍棄成礦條件不好的靶區。將靶區成礦預測結果，與研究所已有的靶區成礦信息進行比較，得到預測結果與已有成礦信息的吻合程度，計算預測靶區成礦的預測準確率，實驗結果如下表所示：

表3 靶區成礦的預測準確率實驗結果（%）

由上表可知，設計系統靶區成礦的平均預測準確率為98.54%，常用系統靶區成礦的平均預測準確率為93.47%，相比常用系統，設計系統靶區成礦的預測準確率提高了5.08%。19個靶區中的成礦靶區編號分別為1、3、4、5、8、10、14、15、16、17、19，兩組系統進一步預測成礦靶區的成礦面積，并對成礦面積進行圈定，根據研究所已有的靶區成礦信息，計算預測的成礦面積，相比實際出礦面積的覆蓋率，進行20次實驗取平均值，實驗結果如下表所示：

表4 圈定成礦面積的出礦覆蓋率實驗結果（%）

由上表可知，設計系統圈定成礦面積的平均出礦覆蓋率為91.94%，常用系統圈定成礦面積的平均出礦覆蓋率為86.09%，相比常用系統，設計系統圈定成礦面積的出礦覆蓋率提高了5.85%。綜上所述，設計系統相比常用系統，提高了靶區成礦預測的準確率、及靶區圈定面積的出礦率。

3 結語

此次研究針對甘肅地區有色金屬礦山精準找礦工作，設計了一組找礦預測系統，提高了靶區成礦預測的準確率、及靶區圈定面積的出礦率。但此次研究仍存在一定不足，在今后的研究中，會引入GIS智能化技術，自動轉換空間信息與地質變量，將非空間數據轉換成空間信息，提高礦山地質多源信息的整合度。