实物地质资料岩心数字化实践、意义及建议

2021-06-16崔美慧董涛邵长凯尹剑飞张淼雷印祥王俊洁

山东国土资源 2021年6期

崔美慧，董涛，邵长凯，尹剑飞，张淼，雷印祥，王俊洁

(1．山东黄金地质矿产勘查有限公司，山东莱州 261400；2．山东省自然资源资料档案馆，山东济南 250013)

0 引言

我国矿产资源丰富，在生产勘探和开发过程中，投入了相当多的人力和财力，也形成了大量的实物地质资料，如岩矿心、岩(矿)石标本、光(薄)片、测试副样等，这些实物资料弥足珍贵，具有原始性、唯一性、不可再生性、可重复利用性等特点。近年来，随着数字化技术的发展，借助仪器设备对实物资料进行数字化处理，可以将实物资料转换成更易于存储、管理的图像及文字资料，不仅有助于信息的集成管理，还可以提高实物资料的利用率，有助于节约成本和提高工作效率[1-3]。

1 实物岩心资料保管及利用现状分析

岩心是重要的实物地质资料，传统的实物岩心资料管理形式多为仓储式保管，由于一个矿区的岩心可能从数百米到数十万米不等，岩心数量多、体重大，对库容需要高，不便于集中储存管理，多由项目承担单位自行保管，管理分散。此外，各矿山、地勘单位由于实物资料管理专项经费不足，保存设施陈旧、保存条件差、管理不到位，导致资料损毁严重，存在随意处置现象，这是对实物地质资料属于国有资产的认识不足[4-5]。

随着人类对自然的不断索取开发，很多珍稀的自然资源不可再生，以前受技术手段的限制，再加上对实物资料的价值认识不足，未能充分发掘岩心潜在信息，导致对其利用不充分，许多重要的实物岩心资料在提交项目成果后，就完成了使命，要么束之高阁，要么尘封于库房[6]。近年来，在推进实物地质资料公共服务工作中经常发现信息源的损坏、丢失，因此，实物地质资料的科学管理才提上日程。

目前，实物地质资料的服务利用主要集中于为科研、生产技术人员提供观察取样和为大众提供科普展览服务，在网络服务和信息共享服务方面还较为薄弱[9-10]。但是随着信息技术的发展，数字化地质资料在公共服务方面的重要作用日益凸显[7]，加强实物地质资料数字化，提高实物地质资料利用率显得尤为重要。

2 开展岩心数字化工作的意义

岩心是地质矿产勘查过程中得到的重要实物资料，它携带了地下数百至数千米深度处的重要地质信息，是研究和了解地下地质和矿产情况的重要媒介。但由于其搬运、保管方面的诸多不便，导致其利用率低。开展岩心数字化建设，通过专业岩心扫描仪采集岩矿心表面图像信息，进而将实物岩心转化为计算机可存储、处理的文字、图像等信息，通过图文数据管理系统将岩心图像、岩心相关地质信息(岩石名称、岩性描述等)存入到图像数据库中，建立岩心综合柱状图，实现图文信息的统一管理，利用输出设备和系统还可以进行信息展示[11]。

在科学技术日新月异的今天，云计算、互联网+、大数据等信息技术应用是大势所趋。山东省依托中国地质调查局“地质云2.0”，遵循“大平台、大数据、大系统、大集成”的理念，整合共享数据资源，建成“地质云·山东”服务平台山东结点。“地质云·山东”服务平台构建了资料查询、地勘项目管理、钻孔数据—山东、地学文献、地学科普、地质词典等功能模块。此外，为突出展示山东优势矿种金矿，“地质云·山东”平台设立金矿专题，以胶东主要金矿床为例展示山东省金矿勘查成果，而实物岩心数字化是构建“地质云·山东”金矿专题的基础性工作，是“山东特色”的又一重要发展。

3 岩心数字化实践

胶东地区是全球重要的黄金成矿集区，也是金矿实物地质资料收集保管的重点区域[12]。山东省为了提升全省地质资料智能化和信息化管理水平，实现全省地质信息高效共享和精准服务，以省内优势矿种金矿地质资料为代表，在2018年率先开展了“山东省地质大数据集成与社会化服务示范研究”项目，该项目主要通过对相关金矿地质成果资料的矢量化和实物地质资料数字化处理，使有关地质资料更加便于保管，并能够为用户提供更便捷、更优质的服务。其中，岩心数字化是其重要子课题之一，它以馆藏典型实物岩心扫描为重点工作内容，结合钻孔技术数据的录入，建立钻孔综合信息数据库，利用输出设备和系统进行信息加工、处理、展示，为“地质云·山东”门户建设提供实物地质资料数据支撑。

3.1 数字化钻孔岩心选取

山东省莱州市西岭村金矿是山东黄金集团于2016年发现的超大型金矿床，矿区内详查阶段共完成钻探工程量13.30万余米，总投资达3.30亿元，累计探明新增金金属量382.58t。在项目勘查过程中开展的“胶西北金矿集区超深部综合地质研究与资源预测”大型科研项目，对西岭村金矿的发现起到了十分重要的指导作用，该项目丰富了蚀变岩型金矿的成矿控矿理论，填补了胶东乃至国内深部金矿成矿规律研究的空白。ZK96-5即为配套科研项目而实施，它是中国岩金勘查第一深钻，终孔深度4006.17m，馆藏实物岩心长度总计3885.99m，由山东黄金实物中心保管。对钻孔ZK96-5的岩心进行扫描，建立岩心综合柱状图，可以让埋藏于地下数千米的岩石直观地展示在大众眼前，让更多人了解地球深处的物质组成、岩石结构、构造属性；也有助于科研单位研究深部成矿规律，探索深部找矿理论。本文以山东省莱州市西岭村金矿馆藏钻孔ZK96-5为例详述岩心数字化的工作过程。

3.2 扫描仪器、图文处理软件及扫描方法

本次工作选用的扫描仪器及图文处理软件均由四川大学研发，岩心扫描仪型号为CISS-VII型，岩心扫描软件为CISS岩心扫描软件V2.0(Core Scan)，岩心图像裁剪软件为“CoreCut_View1”，利用岩心图文管理系统建立图文数据库。

不同种类的岩心，适用的扫描方法不同。目前常用的岩心扫描方法，按照光源类型分为白光扫描和荧光扫描，按照扫描方式分为平动扫描和滚动扫描。白光扫描适用于所有岩心，荧光扫描主要适用于油气类岩心、岩屑；平动扫描主要用于采集岩心上表面信息，完整岩心和破碎的岩心均可进行平动扫描；滚动扫描可以采集圆柱状岩心360°的外表面信息，要求岩心为完好的圆柱体。本次工作任务主要采集岩心上表面信息，采用的扫描方法为白光平动扫描。

3.3 岩心数字化工作流程

岩心数字化的目的是将实物岩心转变为更方便存储的图像和文字信息，在数字化过程中要保障资料的完整性和真实性。开始岩心扫描前，需要提前做好准备工作：将与待扫描钻孔相关的原始地质资料准备齐全，如原始地质编录表、钻孔柱状图、地质钻探班报表等；清点待扫描钻孔全部岩心，将岩心按照箱号有序摆放，除去岩心箱中的杂物，对岩心做好清洁工作。

岩心数字化工作内容主要包括岩心扫描、扫描原始图像裁剪、建立岩心图文数据库，主要工作流程见图1。

图1 岩心扫描工作流程图

3.3.1 岩心扫描

(1)启动扫描仪并预热。启动计算机，进入扫描系统；打开扫描仪，为保证扫描图片的质量，扫描前仪器应充分预热，一般不低于10min。

(2)扫描仪对焦。将岩心置于扫描仪载物台上，推动载物台，使任意一格岩心正对镜头，然后旋转镜头，使镜头灯长轴方向与岩心箱长轴平行，按下自动对焦按钮，仪器自动对焦。对焦完成后，旋转镜头，使镜头灯长轴方向与岩心箱长轴垂直(图2)。

a—镜头灯长轴方向与岩心箱长轴平行；b—镜头灯长轴方向与岩心箱长轴垂直图2 扫描仪对焦

(3)选择扫描方式，设置扫描参数。双击启动“CoreScan”扫描软件，选择扫描方式为“白光平扫”。设置扫描参数(扫描岩心的长度、宽度及分辨率)，本次扫描参数设置为：长度90cm(岩心箱长80cm)、宽度27cm、分辨率为400dpi。

(4)图像存储。扫描完毕后，点击“文件”→“入库保存”→“选择路径”，录入相关信息(钻孔编号、盒号、起始格号、终止格号、总格号等信息)，点击“确定”保存。

本次扫描工作文件夹命名为“矿区名称+钻孔编号+扫描方法”，即“西岭村矿区ZK96-5白光平动扫描”。经过岩心扫描形成2种同名文件：“.jpg”和“.txt”文件，“.jpg”文件为岩心原始图像，“.txt”文件用于存储岩心扫描时录入的信息。“.jpg”和“.txt”文件命名为“盒号-起始格号-终止格号-总格号”，如“495-1-3-6”代表第495箱岩心(共6格)1-3格的岩心图像。

扫描工作文件夹、岩心原始图像及对应的TXT文本如图3所示。

a—岩心扫描文件夹；b—岩心原始图像信息；c—岩心原始图像图3 岩心扫描文件

至此，一个扫描过程完成，后续的工作即不断重复扫描，直至将一个钻孔的岩心全部扫描完成，即结束该钻孔的扫描工作。

3.3.2 岩心扫描原始图像裁剪

通过扫描生成的每张原始图像可能包含1-3格岩心(图3c)，为了还原岩心在地下的真实状态，生成岩心综合柱状图时需要将所有图像和文本按照回次(深度)导入数据库，所以需要对岩心扫描原始图像进行逐张、逐格裁剪。

图像裁剪工作文件夹命名为“矿区名称+钻孔编号”，即“西岭村矿区ZK96-5”，裁剪时录入文件名、矿区名、钻孔编号、进尺起始(终止)位置、起始(终止)井段等信息。与岩心扫描类似，经过裁剪也形成2种同名文件分别用于存储图像和文本信息。文件命名规则为：以“回次”汉语拼音首字母大写“HC+回次号”组成，如“HC1，HC2”等。当一个回次的岩心占用2个及2个以上岩心箱格子时，裁剪后一个回次的岩心由多张图片组成，利用加后缀名的方法加以区分，如“HC25-1”代表第25回次的第1张岩心图像，“HC25-2”代表第25回次的第2张岩心图像。

扫描工作文件夹、岩心裁剪图像及对应的TXT文本如图4所示。岩心图像裁剪的同时填写岩矿心扫描记录表(表1)。

表1 西岭村矿区ZK96-5岩矿心扫描记录表

a—岩心裁剪文件夹；b—岩心裁剪图像信息；c—裁剪后岩心图像图4 岩心原始图像裁剪文件

3.3.3 建立岩心图文数据库

利用岩心图文管理系统模板录入钻孔ZK96-5的岩性描述信息，通过系统的导入功能导入钻孔ZK96-5全部岩心的图像、文本文件和岩性描述表，即可将岩心图像和地质编录的文字信息存储入岩心图文管理系统，形成岩心综合柱状图，位于同一个局域网内的用户均可以在线查看。此外，为了方便成果应用，可以将岩心图文管理系统的岩心综合柱状图导出为离线成果文件夹，该文件夹中包含了岩心图像、白光平扫相册、岩心综合柱状图等全部内容，其中“离线成果展示”文件夹—综合柱状图文件(.html)的可用于成果展示。

经过岩心数字化，建立了包含岩心图像、岩性地质描述与深度一一对应的岩心综合柱状图(图5)，将原来埋藏在地下、储存于库房的岩心直观地展示出来。使用者可以在计算机上浏览、查询整孔岩心图像和岩性描述信息，精确地确定拟研究的重点岩心段，避免岩心的反复搬动，提高了工作效率，同时也减少了利用者对实物直接观察造成岩心磨损的几率，有利于保护馆藏实物岩心。

图5 岩心综合柱状图示例

3.4 数字化成果利用

岩心数字化的成果主要为岩心扫描图像、岩心地质描述信息及化验分析数据等资料，可直接存储于电子光盘、移动硬盘等介质，便于汇交、归档，同时，这些成果可以上传至“地质云”或实物地质资料服务平台，方便用户查询、浏览，促进资源共享。

随着找矿理论和找矿方法的不断进步，研究人员对地质资料的认识也在不断发展，对矿山积累的实物地质资料进行二次或者多次开发具有重要的现实意义[13-15]。但是如何能够提高地质资料二次开发的效率并减少对实物资料的破坏，进而延长实物资料的使用年限，合理利用实物地质资料数字化成果可以有效解决上述问题。

4 实物地质资料数字化成果总结与思考

4.1 山东省实物地质资料数字化首选优势矿种

胶东金矿床4000m深钻孔岩心的数字化，可以为未来深地资源勘查项目提供地质资料网上服务，为促进地质成果共享发挥重要作用。为了还原实物岩心的真实面貌，同时保证进度，实施过程中做了大量的基础性工作：首先岩心的清洁去尘必不可少；其次，对岩心平台做了改进，增加了标尺，使岩心快速、准确定位，提高了工作效率。

4.2 岩心数字化有利于提高实物岩心的利用率

地质资料是地质工作的重要成果表现，地质资料信息化建设是互联网技术在地质行业的具体运用。利用岩心扫描技术，将岩心数字化后，实现网络共享，这样既可以供行业内人员查阅，指导类似矿产的地质勘查，降低勘查风险，又可以向全社会更好地展示地质工作成果，为向社会提供更高效、便捷、丰富的服务打好基础，为我国矿业发展创造条件。