區域化探異常推斷解釋的計算機系統

  全國區域化探掃面查明了數以萬(wàn)計的異常，如何利用計算機技術(shù)提高異常評價(jià)的效率，成為一個(gè)迫切而有意義的課題。1991年～1996年6月，在“1：20萬(wàn)區域化探異常篩選與查證方法技術(shù)研究”項目中設立了二級課題，進(jìn)行了專(zhuān)門(mén)研究（楊竹溪、林存山負責）。這項研究取得了以下成果：
 
  1)區域化探測量數據中的系統誤差處理。由于存在系統誤差，在拼接兩個(gè)相鄰的1：20萬(wàn)圖幅（甚至兩個(gè)相鄰的1: 10萬(wàn)圖幅）的元素地球化學(xué)圖時(shí)，常常出現與構造和巖層走向并不一致的沿圖幅邊界走向的等濃度線(xiàn)，其產(chǎn)生原因多為兩個(gè)圖幅數據存在系統誤差所致（任天祥，伍宗華，羌榮生，1998）。本研究總結和使用了一些算法來(lái)解決這些問(wèn)題：目視法一線(xiàn)性校正方法，總體分布參數校正方法，極差拉伸算法。例如，經(jīng)常的情況是在異常下限附近的數據變化比較敏感，對于弱異常的圈定影響很大。所采用的算法較好地解決了這個(gè)問(wèn)題，可以保持相鄰圖幅圈定異常的一致性，對浙江全省的區域化探數據變換后，繪圖效果良好。
 
  2)灰色系統理論的應用。這是一種有模型的算法，算法由王忠敏研制。它根據被研究化探異常剖面與已知剖面對比，對其相似性進(jìn)行量化，以確定異常的經(jīng)濟價(jià)值。算法要點(diǎn)為：①將觀(guān)測曲線(xiàn)轉換成灰色關(guān)聯(lián)度曲線(xiàn)，并與已知模型序列比較，計算關(guān)聯(lián)度。
 
  ②確定各比較指標（變量）權重，并求綜合權系數。③根據關(guān)聯(lián)度和權系數求出多個(gè)變量（包括地質(zhì)、化探和物探）的綜合指標，用于異常評序。
 
  3)區域化探資料綜合評價(jià)的推理模型。它建立在地球化學(xué)專(zhuān)家知識模型和推理網(wǎng)絡(luò )基礎上，應用某種算法完成推理運算。工作中利用了河北省北部的區域化探數據和金礦等的成礦地質(zhì)資料，首先建立專(zhuān)家模型，包括基本證據，即測量數據和通過(guò)對單元素數據處理提取的有用信息；中間證據，即推理知識，由地球化學(xué)家在研究礦床特征時(shí)總結的評價(jià)指標，例如成礦元素組合、某種巖體的典型元素組合等。通過(guò)陸續的正向演繹推理，達到最終評價(jià)的目的（向運川，任天祥，1996;向運川，張華，任天祥，1997）。
 
  4)數學(xué)模型。在異常解釋中，要應用計算機實(shí)現推理過(guò)程，需要應用某種數學(xué)模型量化數據，才能得出確定的結果。推理的基本規則是建立在定性推理模型基礎上，處理事實(shí)與結論之間存在的因果關(guān)系。該研究應用Bayes推理模型，使用了兩種度量法。一是可信度度量法，它要求地球化學(xué)家根據經(jīng)驗，給某一事實(shí)賦予見(jiàn)礦可能性的度量：無(wú)礦為0，有礦為1，0～1之間可以劃分若干等級。例如，當異常中金含量為(0.2～1．0)×10的負9次方時(shí)，認為不可能找到金礦，將其見(jiàn)礦的可信度定為0.1～0.2；而當異常中金含量為(10～100)×10的負9次方。時(shí)，認為很有可能找到金礦，將其見(jiàn)礦可信度定為0.9，等等。二是概率度量 （四）區域化探異常推斷解釋的計算機系統全國區域化探掃面查明了數以萬(wàn)計的異常，如何利用計算機技術(shù)提高異常評價(jià)的效率，成為一個(gè)迫切而有意義的課題。1991年～1996年6月，在“1：20萬(wàn)區域化探異常篩選與查證方法技術(shù)研究”項目中設立了二級課題，進(jìn)行了專(zhuān)門(mén)研究（楊竹溪、林存山負責）。這項研究取得了以下成果：
 
  在對河北地區的綠巖型金礦潛力預測中，應用專(zhuān)家知識構成的推理網(wǎng)絡(luò )以及Bayes推理機制，利用區域化探測量的25個(gè)元素和地質(zhì)資料數據，將測量元素分為直接指示元素(Au)，伴生元素(Cu、Bi、Ag、Pb、W、Zn)，指示成礦環(huán)境元素(Fe、Cr、Ni、Co、V、Na、Mg)，指示巖漿、構造活動(dòng)元素(Nb、Y、La、Zr、Be、U)以及不利成礦元素(B、As、Hg、Ba)，進(jìn)行綜合預測，依據成礦概率圈定金礦潛力靶區。
 
  計算機和數學(xué)方法在異常解釋或成礦預測等方面的應用，除上述例舉的研究與軟件系統外，在20世紀80～90年代，各部門(mén)的科研和地勘單位還開(kāi)展了許多研究工作，由于資料所限，不能詳述，列舉于下。
 
  1976年桂林冶金地質(zhì)研究所完成了“長(cháng)江中下游矽卡巖礦床化探找礦方法研究”，引進(jìn)多元統計方法，應用于異常評價(jià)。
 
  有色總公司多次立項對異常的評價(jià)方法進(jìn)行研究，包括：數據處理、異常特征研究、強化弱異常的方法、異常定量評價(jià)及相態(tài)分析等。
 
  20世紀80年代末期，湖南省對第二代區域化探掃面獲取的分析數據，使用M-160H機及Dual - 68000  (83/20)微型計算機對41個(gè)元素進(jìn)行簡(jiǎn)單移動(dòng)平均處理與成圖，以及特征參數統計、綜合異常聚類(lèi)分析及三層套合方差分析等計算統計工作。同時(shí)對所有元素進(jìn)行了襯度和累加襯度計算（部分元素比值及襯度比值的計算在PC - 1500機上進(jìn)行）。
 
  針對部分圖幅的數據作了雙因素方差分析、逐步回歸、聚類(lèi)分析、典型相關(guān)、因子分析、趨勢分析等數據處理工作。對所有異常采用聚類(lèi)分析及其他多元統計法進(jìn)行分類(lèi)評序，并且繪制了單元素及多元素襯度或累加襯度異常圖。
 
  冶金部天津地質(zhì)研究院（徐錫華、盧鐵貴），將多元場(chǎng)一泛克立格聯(lián)合方法應用于中、大比例尺化探數據的自動(dòng)化處理，充分發(fā)揮了方法的特長(cháng)。例如，多元場(chǎng)法對歐氏空間樣品進(jìn)行超球面自動(dòng)分類(lèi)，泛克立格法對空間不規則分布數據實(shí)現最優(yōu)、無(wú)偏網(wǎng)格化插值，并給出漂移分量。這些應用在確定地球化學(xué)背景和圈定地球化學(xué)異常方面有獨到之處，并通過(guò)程序語(yǔ)言在Sun -4工作站上實(shí)現了多元場(chǎng)分類(lèi)圖、變異函數圖、多元背景場(chǎng)圖、多元異常場(chǎng)圖和主要成礦元素異常圖自動(dòng)成圖。
 
  冶金部地球物理勘查院物化探研究所（李富國、李惠等），使用C語(yǔ)言和PROLOG語(yǔ)言分別研究和開(kāi)發(fā)了能夠模擬地球化學(xué)專(zhuān)家智能活動(dòng)的計算機系統(GPESJG膠東金礦帶巖石地球化學(xué)專(zhuān)家預測系統），可解決一系列找礦問(wèn)題：蝕變帶或石英脈含金與不含金的判別，不夠金礦品位的地表蝕變帶或石英脈深部是否有盲礦的判別，礦化類(lèi)型及典型礦床相似性的判別，金礦剝蝕程度的判別，金礦大致規模的預測等。另外，還系統運用知識工程的方法和人工智能中的專(zhuān)家系統理論，實(shí)現了專(zhuān)家知識向計算機的轉移；研制了能模擬專(zhuān)家智能活動(dòng)的系統，對擬評價(jià)的地質(zhì)體或異常，通過(guò)人機對話(huà)，通過(guò)用戶(hù)提供的數據或事實(shí)，計算機就可以自動(dòng)實(shí)現其深部含礦性預測。在評價(jià)過(guò)程中，計算機可要求用戶(hù)進(jìn)一步提供尚缺的數據或事實(shí)，用戶(hù)也可要求計算機對其結論進(jìn)行解釋?zhuān)f(shuō)明結論的依據和可信度。該系統中，屏幕顯示實(shí)現了漢字化，圖表有彩色顯示，人機對話(huà)、咨詢(xún)、解釋等功能齊全，數據、中間結果及最終結果的輸出，既可屏幕顯示，又可打印或存入軟盤(pán)。
 
  華東地質(zhì)學(xué)院開(kāi)發(fā)的水化學(xué)找礦信息綜合處理系統（周文斌），集數據庫管理、數據  法，它依據應用Bayes模型計算的條件概率，對見(jiàn)礦可能性進(jìn)行度量。例如，對于A(yíng)u異常，計算當存在A(yíng)u異常時(shí)找到金礦的概率。
 
  華東地質(zhì)學(xué)院開(kāi)發(fā)的水化學(xué)找礦信息綜合處理系統（周文斌），集數據庫管理、數據處理和制圖為一體。其中，水化學(xué)找礦數據庫管理子系統采用FoxBASE+V2.1編制，能完成水化學(xué)找礦數據的錄入、存貯、查詢(xún)、統計和報表生成與打印等工作，并設有與水化學(xué)找礦數據處理子系統和水化學(xué)找礦數據制圖系統間的數據接口。數據處理子系統由FORTRAN和C語(yǔ)言編寫(xiě)，用于對數據庫中所貯存的水化學(xué)找礦數據進(jìn)行處理，主要功能包括：確定數據的分布形式、背景值與異常下限；各個(gè)元素之間的相關(guān)分析、因子分析、聚類(lèi)分析、滑動(dòng)平均分析和成礦遠景區的模糊綜合評判等；將計算結果形成制圖系統所能調用的圖形數據文件或圖形交換文件。計算機繪圖子系統可繪制水化學(xué)找礦的常用成果圖件，如實(shí)際材料圖、數據分布直方圖、各種等值線(xiàn)圖和立體圖，所繪圖件可由繪圖儀和打印機輸出。
 
  武警黃金地質(zhì)研究所研究了次生暈一原生暈定律轉換在地球化學(xué)異常評價(jià)中的應用（檀國平），可定量評價(jià)地球化學(xué)異常；不僅用于資源量確定，還有助于具體礦化地段的圈定。
 
  與金屬礦化探一樣，計算機技術(shù)和數學(xué)方法在油氣化探中的應用，也取得了長(cháng)足進(jìn)展。
 
  1986年，長(cháng)春地質(zhì)學(xué)院開(kāi)始與各個(gè)油田合作開(kāi)展了廣泛的化探工作，在多參數油氣化探異常評價(jià)方面，提出了MAA（多元背景與異常下限的劃分方法）、MPV的異常評價(jià)等多種方法，并成功地應用于預測油氣井。同年，地礦部培訓化探中心研制了油氣化探多參數優(yōu)化信息模型及自動(dòng)成圖系統，1989年研制了油氣化探數據處理和解釋系統，1998年研制了油氣化探數據庫及應用。通過(guò)10多年的研究，使油氣化探的數據處理和成圖逐漸完備(陳力，1996)。
 
  為了加強全國油氣化探基礎資料的科學(xué)管理，全力構筑油氣化探數據資源共享氛圍，中石化合肥石油化探研究所經(jīng)過(guò)多年刻苦攻關(guān)，于2000年首次建立了第一個(gè)中國主要含油氣盆地油氣化探數據庫及應用系統。它以Windows為平臺，采用VC、VFP語(yǔ)言開(kāi)發(fā)，具有數據輔助管理、數據錄入、瀏覽、檢索、報表等功能；采用新的動(dòng)態(tài)自適應數據庫結構模式，能更好地滿(mǎn)足油氣化探不斷發(fā)展的要求；建立了多樣化的數據輸入、輸出系統和可進(jìn)行不同層次、不同范圍、不同方式的數據檢索、查詢(xún)的系統，具有良好的實(shí)用性；建立了有效的油氣化探數據處理及異常評價(jià)系統，使處理能力和速度大為提高；開(kāi)發(fā)了一些油氣化探特殊處理技術(shù)，尤其是組構異常的提取技術(shù)，使得油氣化探異常評價(jià)進(jìn)入了新的階段，開(kāi)拓了油氣化探的新思路；基本涵蓋了油氣化探現有的計算機技術(shù)，是油氣化探數據庫、處理、成圖的集成，更方便了用戶(hù)；實(shí)現了油氣化探數據庫、處理、成圖系統之間的無(wú)縫鏈接，并將地理信息技術(shù)引入油氣化探應用系統，使用戶(hù)查詢(xún)、了解地理背景更直觀(guān)方便，使油氣化探信息與地理信息有機關(guān)聯(lián)，進(jìn)而更好地進(jìn)行異常評價(jià)。到目前為止，該數據庫收錄了近30年來(lái)全國20多個(gè)主要含油氣盆地或地區的100多萬(wàn)個(gè)油氣化探數據，是信息量較全的全國性油氣化探數據庫。這項成果填補了我國一項空白，為油氣化探在油氣勘探開(kāi)發(fā)實(shí)踐中發(fā)揮更大作用提供了強有力的技術(shù)支撐。
 
  該數據庫系統的成功建立，為系統研究中國區域油氣地球化學(xué)場(chǎng)特征提供了數據資源和基礎。在我國塔里木、準噶爾、六盤(pán)山、松遼、鄂爾多斯、四川、合肥、江漢等主要含油氣盆地、地區及油氣田推廣應用，取得了較好的應用效果。合肥石油化探研究所運用該系統的數據，對中國主要含油氣盆地的區域地球化學(xué)背景場(chǎng)及變化特征進(jìn)行了深入研究，  提出從西部盆地一中、東部盆地和海域一東北部盆地，區域地球化學(xué)背景場(chǎng)由高變低、變異性由小變大的特征，為不同地區采用適當的油氣化探異常提取、解釋、評價(jià)方法，提供了地球化學(xué)場(chǎng)方面的依據。同時(shí)，對于我國油氣化探數據管理規范化，新的處理技術(shù)、成圖技術(shù)的計算機化，也有一定的指導意義，而且使油氣化探信息資源共享成為可能，為全國性宏觀(guān)決策提供了系統的資料依據。
 
  1991～1994年期間，由地礦部北京計算中心（劉如英、陳麗英、劉奎?。?、西北石油局第一物探隊（劉森嚴、張健升）、合肥油氣化探培訓中心（陸震等）完成了國家科技攻關(guān)項目中的二級專(zhuān)題——“油氣物化探多參量異常分析及圈閉評價(jià)系統”的研制。這是一個(gè)多學(xué)科、多方法、綜合性強、功能強大的交互式應用軟件系統，建立在Sun4工作站上。它以模式識別、定量評價(jià)、關(guān)聯(lián)疊置三種評價(jià)方法為基礎，集重、磁、電、化探數據處理于一體，輔以數據管理、圖形、圖像等功能模塊，配有主控制界面、多層中文菜單，多窗口、多屏幕、人機對話(huà)等現代計算機技術(shù)，內容豐富，功能齊全，自動(dòng)化程度高，實(shí)用性強。其交互式應用軟件工具適合物化探人員靈活使用，可將物化探多參量綜合處理，用于圈閉含油氣性的評價(jià)，使地震方法由單純構造解釋模式，向構造與油氣賦存指標共同解釋模式的方向邁進(jìn)了一步，提高了客觀(guān)性和科學(xué)性，具有較高的應用價(jià)值。