区域化探异常推断解释的计算机系统

  全国区域化探扫面查明了数以万计的异常，如何利用计算机技术提高异常评价的效率，成为一个迫切而有意义的课题。1991年～1996年6月，在“1：20万区域化探异常筛选与查证方法技术研究”项目中设立了二级课题，进行了专门研究（杨竹溪、林存山负责）。这项研究取得了以下成果：
 
  1)区域化探测量数据中的系统误差处理。由于存在系统误差，在拼接两个相邻的1：20万图幅（甚至两个相邻的1: 10万图幅）的元素地球化学图时，常常出现与构造和岩层走向并不一致的沿图幅边界走向的等浓度线，其产生原因多为两个图幅数据存在系统误差所致（任天祥，伍宗华，羌荣生，1998）。本研究总结和使用了一些算法来解决这些问题：目视法一线性校正方法，总体分布参数校正方法，极差拉伸算法。例如，经常的情况是在异常下限附近的数据变化比较敏感，对于弱异常的圈定影响很大。所采用的算法较好地解决了这个问题，可以保持相邻图幅圈定异常的一致性，对浙江全省的区域化探数据变换后，绘图效果良好。
 
  2)灰色系统理论的应用。这是一种有模型的算法，算法由王忠敏研制。它根据被研究化探异常剖面与已知剖面对比，对其相似性进行量化，以确定异常的经济价值。算法要点为：①将观测曲线转换成灰色关联度曲线，并与已知模型序列比较，计算关联度。
 
  ②确定各比较指标（变量）权重，并求综合权系数。③根据关联度和权系数求出多个变量（包括地质、化探和物探）的综合指标，用于异常评序。
 
  3)区域化探资料综合评价的推理模型。它建立在地球化学专家知识模型和推理网络基础上，应用某种算法完成推理运算。工作中利用了河北省北部的区域化探数据和金矿等的成矿地质资料，首先建立专家模型，包括基本证据，即测量数据和通过对单元素数据处理提取的有用信息；中间证据，即推理知识，由地球化学家在研究矿床特征时总结的评价指标，例如成矿元素组合、某种岩体的典型元素组合等。通过陆续的正向演绎推理，达到最终评价的目的（向运川，任天祥，1996;向运川，张华，任天祥，1997）。
 
  4)数学模型。在异常解释中，要应用计算机实现推理过程，需要应用某种数学模型量化数据，才能得出确定的结果。推理的基本规则是建立在定性推理模型基础上，处理事实与结论之间存在的因果关系。该研究应用Bayes推理模型，使用了两种度量法。一是可信度度量法，它要求地球化学家根据经验，给某一事实赋予见矿可能性的度量：无矿为0，有矿为1，0～1之间可以划分若干等级。例如，当异常中金含量为(0.2～1．0)×10的负9次方时，认为不可能找到金矿，将其见矿的可信度定为0.1～0.2；而当异常中金含量为(10～100)×10的负9次方。时，认为很有可能找到金矿，将其见矿可信度定为0.9，等等。二是概率度量 （四）区域化探异常推断解释的计算机系统全国区域化探扫面查明了数以万计的异常，如何利用计算机技术提高异常评价的效率，成为一个迫切而有意义的课题。1991年～1996年6月，在“1：20万区域化探异常筛选与查证方法技术研究”项目中设立了二级课题，进行了专门研究（杨竹溪、林存山负责）。这项研究取得了以下成果：
 
  在对河北地区的绿岩型金矿潜力预测中，应用专家知识构成的推理网络以及Bayes推理机制，利用区域化探测量的25个元素和地质资料数据，将测量元素分为直接指示元素(Au)，伴生元素(Cu、Bi、Ag、Pb、W、Zn)，指示成矿环境元素(Fe、Cr、Ni、Co、V、Na、Mg)，指示岩浆、构造活动元素(Nb、Y、La、Zr、Be、U)以及不利成矿元素(B、As、Hg、Ba)，进行综合预测，依据成矿概率圈定金矿潜力靶区。
 
  计算机和数学方法在异常解释或成矿预测等方面的应用，除上述例举的研究与软件系统外，在20世纪80～90年代，各部门的科研和地勘单位还开展了许多研究工作，由于资料所限，不能详述，列举于下。
 
  1976年桂林冶金地质研究所完成了“长江中下游矽卡岩矿床化探找矿方法研究”，引进多元统计方法，应用于异常评价。
 
  有色总公司多次立项对异常的评价方法进行研究，包括：数据处理、异常特征研究、强化弱异常的方法、异常定量评价及相态分析等。
 
  20世纪80年代末期，湖南省对第二代区域化探扫面获取的分析数据，使用M-160H机及Dual - 68000  (83/20)微型计算机对41个元素进行简单移动平均处理与成图，以及特征参数统计、综合异常聚类分析及三层套合方差分析等计算统计工作。同时对所有元素进行了衬度和累加衬度计算（部分元素比值及衬度比值的计算在PC - 1500机上进行）。
 
  针对部分图幅的数据作了双因素方差分析、逐步回归、聚类分析、典型相关、因子分析、趋势分析等数据处理工作。对所有异常采用聚类分析及其他多元统计法进行分类评序，并且绘制了单元素及多元素衬度或累加衬度异常图。
 
  冶金部天津地质研究院（徐锡华、卢铁贵），将多元场一泛克立格联合方法应用于中、大比例尺化探数据的自动化处理，充分发挥了方法的特长。例如，多元场法对欧氏空间样品进行超球面自动分类，泛克立格法对空间不规则分布数据实现最优、无偏网格化插值，并给出漂移分量。这些应用在确定地球化学背景和圈定地球化学异常方面有独到之处，并通过程序语言在Sun -4工作站上实现了多元场分类图、变异函数图、多元背景场图、多元异常场图和主要成矿元素异常图自动成图。
 
  冶金部地球物理勘查院物化探研究所（李富国、李惠等），使用C语言和PROLOG语言分别研究和开发了能够模拟地球化学专家智能活动的计算机系统(GPESJG胶东金矿带岩石地球化学专家预测系统），可解决一系列找矿问题：蚀变带或石英脉含金与不含金的判别，不够金矿品位的地表蚀变带或石英脉深部是否有盲矿的判别，矿化类型及典型矿床相似性的判别，金矿剥蚀程度的判别，金矿大致规模的预测等。另外，还系统运用知识工程的方法和人工智能中的专家系统理论，实现了专家知识向计算机的转移；研制了能模拟专家智能活动的系统，对拟评价的地质体或异常，通过人机对话，通过用户提供的数据或事实，计算机就可以自动实现其深部含矿性预测。在评价过程中，计算机可要求用户进一步提供尚缺的数据或事实，用户也可要求计算机对其结论进行解释，说明结论的依据和可信度。该系统中，屏幕显示实现了汉字化，图表有彩色显示，人机对话、咨询、解释等功能齐全，数据、中间结果及最终结果的输出，既可屏幕显示，又可打印或存入软盘。
 
  华东地质学院开发的水化学找矿信息综合处理系统（周文斌），集数据库管理、数据  法，它依据应用Bayes模型计算的条件概率，对见矿可能性进行度量。例如，对于Au异常，计算当存在Au异常时找到金矿的概率。
 
  华东地质学院开发的水化学找矿信息综合处理系统（周文斌），集数据库管理、数据处理和制图为一体。其中，水化学找矿数据库管理子系统采用FoxBASE+V2.1编制，能完成水化学找矿数据的录入、存贮、查询、统计和报表生成与打印等工作，并设有与水化学找矿数据处理子系统和水化学找矿数据制图系统间的数据接口。数据处理子系统由FORTRAN和C语言编写，用于对数据库中所贮存的水化学找矿数据进行处理，主要功能包括：确定数据的分布形式、背景值与异常下限；各个元素之间的相关分析、因子分析、聚类分析、滑动平均分析和成矿远景区的模糊综合评判等；将计算结果形成制图系统所能调用的图形数据文件或图形交换文件。计算机绘图子系统可绘制水化学找矿的常用成果图件，如实际材料图、数据分布直方图、各种等值线图和立体图，所绘图件可由绘图仪和打印机输出。
 
  武警黄金地质研究所研究了次生晕一原生晕定律转换在地球化学异常评价中的应用（檀国平），可定量评价地球化学异常；不仅用于资源量确定，还有助于具体矿化地段的圈定。
 
  与金属矿化探一样，计算机技术和数学方法在油气化探中的应用，也取得了长足进展。
 
  1986年，长春地质学院开始与各个油田合作开展了广泛的化探工作，在多参数油气化探异常评价方面，提出了MAA（多元背景与异常下限的划分方法）、MPV的异常评价等多种方法，并成功地应用于预测油气井。同年，地矿部培训化探中心研制了油气化探多参数优化信息模型及自动成图系统，1989年研制了油气化探数据处理和解释系统，1998年研制了油气化探数据库及应用。通过10多年的研究，使油气化探的数据处理和成图逐渐完备(陈力，1996)。
 
  为了加强全国油气化探基础资料的科学管理，全力构筑油气化探数据资源共享氛围，中石化合肥石油化探研究所经过多年刻苦攻关，于2000年首次建立了第一个中国主要含油气盆地油气化探数据库及应用系统。它以Windows为平台，采用VC、VFP语言开发，具有数据辅助管理、数据录入、浏览、检索、报表等功能；采用新的动态自适应数据库结构模式，能更好地满足油气化探不断发展的要求；建立了多样化的数据输入、输出系统和可进行不同层次、不同范围、不同方式的数据检索、查询的系统，具有良好的实用性；建立了有效的油气化探数据处理及异常评价系统，使处理能力和速度大为提高；开发了一些油气化探特殊处理技术，尤其是组构异常的提取技术，使得油气化探异常评价进入了新的阶段，开拓了油气化探的新思路；基本涵盖了油气化探现有的计算机技术，是油气化探数据库、处理、成图的集成，更方便了用户；实现了油气化探数据库、处理、成图系统之间的无缝链接，并将地理信息技术引入油气化探应用系统，使用户查询、了解地理背景更直观方便，使油气化探信息与地理信息有机关联，进而更好地进行异常评价。到目前为止，该数据库收录了近30年来全国20多个主要含油气盆地或地区的100多万个油气化探数据，是信息量较全的全国性油气化探数据库。这项成果填补了我国一项空白，为油气化探在油气勘探开发实践中发挥更大作用提供了强有力的技术支撑。
 
  该数据库系统的成功建立，为系统研究中国区域油气地球化学场特征提供了数据资源和基础。在我国塔里木、准噶尔、六盘山、松辽、鄂尔多斯、四川、合肥、江汉等主要含油气盆地、地区及油气田推广应用，取得了较好的应用效果。合肥石油化探研究所运用该系统的数据，对中国主要含油气盆地的区域地球化学背景场及变化特征进行了深入研究，  提出从西部盆地一中、东部盆地和海域一东北部盆地，区域地球化学背景场由高变低、变异性由小变大的特征，为不同地区采用适当的油气化探异常提取、解释、评价方法，提供了地球化学场方面的依据。同时，对于我国油气化探数据管理规范化，新的处理技术、成图技术的计算机化，也有一定的指导意义，而且使油气化探信息资源共享成为可能，为全国性宏观决策提供了系统的资料依据。
 
  1991～1994年期间，由地矿部北京计算中心（刘如英、陈丽英、刘奎俊）、西北石油局第一物探队（刘森严、张健升）、合肥油气化探培训中心（陆震等）完成了国家科技攻关项目中的二级专题——“油气物化探多参量异常分析及圈闭评价系统”的研制。这是一个多学科、多方法、综合性强、功能强大的交互式应用软件系统，建立在Sun4工作站上。它以模式识别、定量评价、关联叠置三种评价方法为基础，集重、磁、电、化探数据处理于一体，辅以数据管理、图形、图像等功能模块，配有主控制界面、多层中文菜单，多窗口、多屏幕、人机对话等现代计算机技术，内容丰富，功能齐全，自动化程度高，实用性强。其交互式应用软件工具适合物化探人员灵活使用，可将物化探多参量综合处理，用于圈闭含油气性的评价，使地震方法由单纯构造解释模式，向构造与油气赋存指标共同解释模式的方向迈进了一步，提高了客观性和科学性，具有较高的应用价值。