隐伏矿床定位预测虚拟仿真实验教学的探索与实践

唐利

[摘 要] 隐伏矿床定位预测的虚拟仿真实验教学旨在探索虚拟仿真实验教学在固体矿产勘查实习方面的应用效果。隐伏矿床定位预测虚拟仿真实验教学以内蒙古林西地区隐伏萤石矿床的成功勘查案例为背景，结合丰富的地—物—化—遥资料成果，利用虚拟仿真实习平台，使学生熟练掌握隐伏矿床的找矿方法和定位预测工作流程。隐伏矿床定位预测虚拟仿真实验教学在培养资源勘查工程专业学生的实践能力、研究能力、创新能力和综合素质等方面有着其他教学环节所不能替代的独特作用，可以作为矿产勘查学综合实习教学的重要环节。

[关键词] 虚拟仿真实验教学;隐伏矿床定位预测;矿产勘查;资源勘查工程

[基金项目] 2020年度中国地质大学（北京）本科教育质量提升计划——虚拟仿真实验教学建设项目“隐伏矿定位预测虚拟实验教学”（XNFZ202002）

[作者简介] 唐 利（1990—），男，四川宜宾人，博士，中国地质大学（北京）地球科学与资源学院副教授，主要从事固体矿产资源勘查评价和前寒武纪地质学研究。

[中图分类号] G462   [文献标识码] A    [文章编号] 1674-9324（2021）24-0001-04   [收稿日期] 2021-03-09

一、引言

矿产勘查学的课程教学包括理论知识教学和野外实习教学两部分[1-4]。理论知识的课堂教学主要利用文字描述和图片示意相结合的方法，只有拥有大量野外地质现象的感性认识、较强地质思维分析能力和丰富想象力的学习者，才能较好地理解矿产勘查学理论和基本方法，对初学者而言非常困难。野外地质实习往往面临周期长、工作量大、费用高和环境危险的问题。

随着现代科技的进步和发展，在传统矿产地质调查和探测技术基础上，结合现代计算机技术、信息技术、数字模拟技术、三维可视化技术、虚拟现实技术等，可以逐渐实现虚拟地质环境，虚拟一个地区（或勘查区）的三维地质环境和地质体的分布特征，在虚拟野外踏勘的基础上，虚拟练习勘探工程布置及施工、数据处理和图件制作（基于前期工作积累，如地质剖面、物探剖面、化探剖面、遥感图像等成果），将产学研成果虚拟应用到学生基本地质技能和其他综合能力的培养[5-9]。隐伏矿床定位预测虚拟仿真实验教学将内蒙古林西地区已有的地—物—化—遥综合勘查成果从定性描述到定量模拟，从二维表达到三维可视化虚拟，从二维图纸设计到虚拟三维设计。现代科学技术的重大进步为我们构建矿产勘查虚拟仿真实验教学系统奠定了良好的理论和技术基础[ 10-12 ]。基于内蒙古林西地区赛波罗沟门隐伏矿床定位预测虚拟仿真实习，学生们可以直观、便捷和高效地学习掌握隐伏矿床定位预测基本方法和工作流程，甚至可以通过补充新的野外观测数据，在虚拟环境下开展科学研究和勘查实践，提出新观点和新认识。

二、课程内容和建设目标

隐伏矿床定位预测虚拟仿真实验教学课程依托中国地质大学（北京）建立的林西产学研实践教学基地，以内蒙古林西地区赛波罗沟门隐伏萤石矿的成功勘查案例及其丰富的地—物—化—遥资料成果为基础[ 13-15 ]，通過虚拟仿真实验教学使学生熟练掌握隐伏矿床的找矿方法和定位预测工作流程，课程包括以下方面的主要内容。

1.掌握工作区踏勘方法，通过追索和穿越等虚拟野外地质路线踏勘，熟悉工作区的地层、构造、岩浆岩、矿体露头和围岩蚀变等地质特征。在了解区域萤石矿床的控矿因素（地层、构造、岩浆岩等）、矿床成因和成矿规律的基础上，掌握矿产勘查设计的基本方法和流程，能独立设计勘察路线和布置工程。

2.掌握遥感解译的基本方法和流程，如利用Worldview2遥感影像解译勘查区与萤石矿化密切相关的硅化、高岭土化等蚀变信息，及控制矿体展布的构造信息。

3.掌握地球化学勘查方法在隐伏矿床定位预测中的基本方法和流程，如利用便携式X射线荧光仪和偏提取地球化学方法分别获取勘探线剖面的Ca、F元素分布特征，提取成矿元素的高值异常。

4.掌握地球物理勘查方法在隐伏矿床定位预测中的基本方法和流程，如利用甚低频电磁法和伽马能谱测量勘探线剖面中地质体的电阻异常、放射性元素异常，利用EH4电磁测深解析深部剖面的电性结构特征。

5.利用地—物—化—遥综合找矿方法和地质异常信息，训练学生掌握深部隐伏矿体的定量预测评价方法。基于虚拟仿真学习环境中的观察和互动，训练学生撰写科技报告的能力和综合分析能力，提交矿产勘查实习报告。

三、教学方法和具体步骤

矿产勘查的野外实习具有特殊性，由于勘查过程及土壤取样工作量大、野外滑坡落石等因素，大批学生去现场实习，经费预算有限、安全责任重大。因此，依托少量的野外实地观测，大量运用虚拟仿真技术推进更安全、更高效的虚拟实习非常有意义。隐伏矿定位预测虚拟仿真实验教学始终围绕以学生为中心的教学理念，可采用远程网络自主性学习方式完成实习，也可以在教师指导下虚实结合完成。在虚实结合教学模式下，又可分为校内教学场景和野外实地教学场景。

（一）校内教学场景虚实结合教学为主

在室内教学过程中，学生可以在实验室仔细观察岩石、矿石标本，并获取它们的物、化探分析数据，及各类地质图件和遥感影像等地质资料，并利用实验室各类仪器对实物标本开展测量，但是对于岩石、矿石产出的野外地质环境可能并不直观，对野外地质场景的观察缺乏亲身体验。利用本项目虚拟实习资源，可以克服野外地质现象观察的缺陷。

学生通过网络自学方式根据网站资源提前预习相关知识，利用本项目网站，开展野外地质现象的在线观察和描述，然后根据实体实验室真实的标本资源借助放大镜、显微镜、便携式X射线荧光分析仪、甚低频电磁仪、伽马能谱仪等地质设备进行观察描述和数据测量，结合虚拟实习环境中的野外实景进行勘查区地质特征、勘探线和勘探工程布置、勘探工程实施、数据处理及异常提取、综合地—物—化—遥定量预测评价深部资源，进一步地自主进行在线测验，并在线提交实习报告，完成学习过程。