“资源定量预测理论与方法”课程教学改革与实践

围绕矿产资源定量预测中的地质大数据挖掘、找矿信息融合和预测评价等关键科学与技术问题,面向中国地质大学(武汉)迈向2030建设战略规划提出的“资源+”与“智能+”等学科群建设要求,推动人工智能与地球科学深度融合,学校开设了“资源定量预测理论与方法”课程。针对课程教学在课程思政元素挖掘、教学内容更新、多学科知识融合、创新能力培养等方面存在的“痛点”问题,教学团队秉持“以学生为主体,教师为指引,产出为导向”的教学理念,践行“知识传授、能力培养、价值塑造”三位一体的人才培养模式,基于科教融合推动课程内容重构与教学方式创新,以“教材建设+案例构建+实习实训”推动多学科知识交叉融合与资源能源预测核心能力培养,突出课程思政教育的育人功能,着眼“知识-能力-素质”一体化育人,实现了教师执教能力提升、高质量课程建设以及创新人才培养的目标。

基于数字孪生的老旧建筑结构安全性定量预测方法

为提高对老旧建筑的安全分析能力,提出一种基于数字孪生的老旧建筑结构安全性定量预测方法,通过老旧建筑结构风险要素辨识搭建智能监测系统,监测建筑关键结构初步判断安全状态,将监测数据作为外部参数输入模型中进行数值模拟,定量预测建筑的破坏部分和破坏程度;以西安某具有70多年历史的老旧建筑为例进行验证,根据工程实际设计监测方案,对其进行为期2年的结构安全监测;使用Revit软件建立该建筑的数值模型并导入到ABAQUS中,将监测数据作为外部参数输入数值模拟,并假定监测数值超过沉降阈值进行定量预测建筑破坏情况。结果表明:该老旧建筑目前处于安全状态,假定建筑沉降值超过安全阈值,则楼梯前侧结构发生破坏的可能性增加。验证了基于数字孪生技术将实时监测数据和数值模拟相融合的定量预测方法,对老旧建筑整体及局部结构安全性分析判断有较高的可行性。

金属矿立体定位定量预测和分析优选的策略研究

矿产资源的勘探与开发是一项高风险、高投入的活动,准确预测矿体的位置和储量是降低风险、提高投资回报的关键。由高建国著,科学出版社于2010年3月出版的《云南澜沧银铅锌多金属矿床综合成矿信息定量预测》一书,以其独特的视角和深入的研究,为读者提供了一份关于金属矿立体定位定量预测与财务分析优选策略的珍贵资料。该书不仅聚焦于云南澜沧地区的多金属矿床,更通过科学的方法揭示了矿产预测的先进理念和实用技术。

融合知识图谱的矿产资源定量预测

大数据和人工智能极大地促进了矿产勘查的发展,创新了矿产预测研究范式,提升了地质找矿大数据的挖掘与集成能力。在资源定量预测领域,知识-数据联合驱动的综合信息智能预测已逐渐成为行业共识,如何实现数据和知识联合驱动是目前亟待解决的问题。知识图谱可以整合多源、异构的地质找矿大数据,其中蕴含的知识和规则在驱动地球科学领域的知识发现方面具有重要的发展潜力。本文针对大数据和人工智能时代对资源定量预测智能化和自动化的需求,结合知识图谱相关技术的特点,探讨融合知识图谱技术的矿产资源定量预测智能化和自动化的可行性和技术方法路线。重点剖析面向矿产预测的成矿-勘查系统多时序全要素知识图谱构建和基于知识图谱从“求同”和“求异”的角度建立找矿预测模型,知识图谱中的知识嵌入到地物化遥异常信息提取的方法,以及融合知识图谱的资源定量预测工作的机遇和挑战。拟希望将知识图谱中知识表达和推理融入到矿产资源定量预测技术方法流程中,协助地质专家来确定矿产预测模型,提高矿产预测的自动化和智能化。

45钢表面硬化层深度的高鲁棒性微磁定量预测方法

考虑多功能微磁检测系统对微磁参量的重复测试性能,研究利用系统对45钢表面硬化层深度进行高鲁棒性定量预测的方法。首先,利用测试数据的变异系数β统计方法,定量评价了系统对41项微磁参量的重复测试能力,结合指标β和微磁参量对硬化层深度的敏感性指标S,对微磁参量进行了筛选;其次,融合多项微磁参量建立了硬化层深度的前馈神经网络定量预测模型,提出了改善模型鲁棒性的建模策略及鲁棒性评价方法;最后,讨论了输入节点逐项剔除和有条件保留规则对模型鲁棒性的影响规律。与传统建模方法相比,利用规则剔除微磁参量项数为8时,模型的MAE均值和MAE值小于5%的模型数量P分别下降约68.8%和增加约150%,表明提出的建模策略可以有效改善仪器在45钢表面硬化层深度定量预测过程中的鲁棒性。

基于华铸CAE的铸造充型过程卷气缺陷定量预测研究

目的针对目前单向流数值模拟软件无法模拟卷入金属液中的气体及其演变情况的问题,开展铸造充型过程卷气缺陷定量预测研究,开发基于华铸CAE的卷气定量预测系统,深入理解铸造卷气缺陷的形成原理与运动机理,准确预测金属充型过程中的卷气量和卷气造成的气孔缺陷,为生产实践提供指导。方法提出了一种金属充型过程卷入气体搜寻与追踪算法,将卷入金属液中未经考虑的气体进行保留,从而修正单向流系统,并基于此开发了卷气定量预测系统,并对该系统进行了验证。结果应用该系统后,原本未经考虑而消失的孤立气泡被保留下来以便进行后续计算,对液体体积进行了再分配,保证修改前后液体体积守恒,并修正了金属液速度,实现了卷气定量预测系统的基本功能。结论开发的卷气定量预测系统能够考虑到卷入金属液中的气体,并对气体做出定量预测,实现金属充型过程中气孔缺陷的定量预测,对生产实践中的工艺优化有一定的指导作用。

近红外光谱的水体污染指标COD定量预测模型

针对传统化学需氧量(chemical oxygen demand, COD)检测存在检测成本高、耗时、易造成二次污染,以及现有检测模型泛化性较差等不足,难以满足水环境实时监测需求的问题,提出基于近红外光谱技术的COD快速无损定量预测模型.实验结果表明,本模型在污水COD光谱数据集上的预测性能,相较于传统机器学习算法和现有其他深度学习算法更优.测试的决定系数(R^(2))和均方根误差(E_(RMS))分别达到0.992 1和27.47 mg·L^(-1),模型卷积层的输出特征可解释性强,能有效表征关键波长点.该预测模型为实际水体COD含量快速检测提供一种新的方法.

地震多属性储层厚度半定量预测--以鄂尔多斯盆地东南部山2段储层为例

鄂尔多斯盆地东南部山2段致密气储层薄、埋深大、构造平缓、上下围岩存在煤、灰岩等强反射界面,利用低频、弱信号黄土塬二维地震资料,定量预测储层厚度难度大。以延安气田延113-延133井区二叠系山西组山23储层为研究对象,对储层厚度进行分级,基于二维地震资料标准化处理的结果提取地震属性,分析二维地震属性与实钻储层厚度级别之间的关系,建立了多个随机森林算法融合多属性预测方案,进行优化筛选半定量储层厚度预测方案。优选方案预测山23砂体厚度与实钻结果相关系数达0.77。该方法可加深对研究区山23河道展布认识,落实并增加该区地质储量,取得了显著的建井成效。

基于属性约束的烃源岩地震反演定量预测

烃源岩评价是含油气盆地、凹陷勘探研究的基础。目前常用的地球化学、测井、地震识别三大类评价方法,均能实现烃源岩的评价,但又受资料制约,存在各自局限性。笔者等结合地质、沉积、地化及测井、地震等数据探索了多属性约束下基于地震反演的烃源岩定量预测技术研究,确定了研究区内文昌组烃源岩的发育规模,并对其进行了烃源岩等级评价和生烃量的估算。

基于特征定量化预测的矿产资源勘查技术研究

为了提取矿产资源形成特征信息、定量分析矿产资源分布情况以实现矿产勘查和预测,提出了一种基于特征定量化预测的矿产资源勘查技术。从研究区域基本地质情况出发,参考该地域已有的勘查数据与钻孔资料,使用Surpac软件构建地质结构的三维模型,利用该模型定量化分析矿产资源形成特征信息,并提取形成特征信息;使用Flac3D有限元软件构建研究区域的数值模型,定量化分析断裂缓冲区域的矿产资源构造特征信息,提取该构造信息特征,同时使用矿产资源勘查特征定量预测模型,确定矿产资源有利区划,实现矿产资源勘查。结果表明,辉绿岩最佳缓冲距离为0~55m,断裂缓冲区最优缓冲距离为55~105m,由此提取出矿产资源运移特征有利信息;该方法能够获得矿产资源定量特征的信息量,经叠加计算勘查出研究区域的矿产资源分布情况。

戈壁区露天矿无组织扬尘源定量预测研究

定量预测戈壁区露天矿开发过程中风蚀扰动和机械扰动产生的无组织扬尘的浓度和影响范围是露天矿大气环境影响评价的重点和难点。以红沙梁露天矿为研究对象,基于扬尘源颗粒物排放清单编制技术指南(试行)和ADMS-EIA软件,建立气象数据预处理—无组织源强核算—模型定量预测的评价策略,以等值线图可视化扬尘控制措施下TSP、PM_(10)和PM_(2.5)网格浓度。研究表明,露天矿开发无组织扬尘主要集中在扰动工作面1000 m范围内,相比定期洒水扬尘控制措施,使用化学覆盖剂对主导风向下风向500 m处TSP、PM_(10)和PM_(2.5)浓度贡献分别降低56%、56%和41%。露天矿无组织扬尘源定量化预测可为大气环境防护距离确定和污染控制措施可行性评估提供支撑。

原油物性录井响应机理、定量预测及转换公式研究——以蓬莱19-3油田为例

原油由轻中重组分组成,每个录井参数代表着某一部分的油气特征信息,同时又不同程度反映了原油总体物性。根据参数相关性大小分析预测结果,地化热解>地化色谱>三维荧光>气测参数。在一定条件的约束下,部分可以反映整体,是单个录井参数可以进行原油物性预测的基础。在响应机理的指导下,以原油物性分析化验数据为刻度,开展了研究区的原油物性定量预测,形成了色谱标定下的热解预测法、限定条件下的气测预测法,预测原油密度的绝对误差分别为±0.01和±0.02。基于强相关性多因素,建立了适合研究区多场景的预测-转换公式集。

基于短波红外光谱技术的蚀变矿物大数据定量预测方法探索——以福建上杭县紫金山金铜矿床为例

福建上杭县紫金山矿田是中国发现并保存较完整的浅成热液-斑岩铜金多金属成矿系统。紫金山超大型高硫型金铜矿是该矿田的核心组成部分,通过十多年基于短波红外光谱技术的勘查找矿应用示范,累积形成覆盖整个矿田的百万级短波红外光谱大数据库。文中通过对紫金山金铜矿床明矾石、叶腊石、高岭石类和云母族矿物的短波红外光谱数据的进行模拟计算,其结果与实际测得矿物全定量分析结果具备良好的相关性,能实现光谱的传统定性解译有效转化为定量解译,进而构建典型蚀变矿物的三维模型,实现与查明了厘米级精度的矿物三维空间分布规律,对紫金山金铜矿床的深部找矿预测具有重大指导意义。

基于卷积自编码网络的夏河-合作地区金矿定量预测

甘肃夏河—合作地区属西秦岭成矿带,区域地质构造复杂、矿产资源丰富。该地区已发现一定数量的金多金属矿床(点),且在矿集区及周边地区仍存在良好的金多金属矿找矿潜力。本文以夏河—合作地区为研究区,基于成分数据分析定量提取了成矿元素组合,集成了以构造-地球化学异常为基础的多元信息综合找矿模型,基于卷积自编码网络(Convolutional Auto-Encode,CAE)模型进行区域金矿产资源定量预测。结果表明CAE模型在该区的预测具有良好的性能(AUC=0.90),以此为依据确定的7个预远景区值得进一步开展勘查工作。

基于地质三维建模的矿床蚀变带深部资源预测方法

随着矿产资源需求的持续增加,加之浅表矿产资源的逐渐匮乏,如何有效开发深部矿产资源成为国家重点研究课题之一。以往二维矿床信息无法确定精准的深部资源储量,阻碍矿产资源的开发进度,本文提出基于地质三维建模的矿床蚀变带深部资源预测方法研究。应用地质三维建模软件(GOCAD)与计算机技术,构建矿床蚀变带深部地质三维模型,以此为基础,确定最佳单元尺度,划分矿床蚀变带深部地质统计单元,提取矿床蚀变带深部地质变量,计算地质变量权重数值,探究深部地质统计单元之间的联系度,基于三维证据权法预测矿床蚀变带深部资源。实验数据显示:应用该方法获得的矿床蚀变带深部资源预测误差最小值为1.01%,充分证实了该方法的深部资源预测精度更高。

基于大数据挖掘的露天非金属矿产资源定量预测模型构建

为实现露天非金属矿产资源定量预测,以地质理论为指导,在计算机技术基础上,将理论分析与大数据挖掘算法相结合,建立三维非金属矿产资源定量预测模型。收集地质资料,通过二项分布模型模拟资源分布状态,统计期望矿点数量及对应函数关系式,提取数据特征,完成数据关联分析,构建空间属性数据库,分幅平差处理数据,消除信息误差、减少数据丢失,基于训练样本数据计算定量预测模型先验概率,获得控矿要素及重要性评估指标,得到最终的定量预测结果。实验部分证明了所提模型预测精度高,三维可视化结果能够清晰呈现存在矿产资源的位置,可应用价值高。

基于多任务学习的改性双基推进剂的综合性能预测

为满足改性双基推进剂多性能的综合预测需求,本研究提出基于多任务学习的机器学习策略,综合考虑推进剂组分、含量、压强和的粒度对目标性能的影响,首次构建了包含燃速、比冲、特征速度、摩擦感度和撞击感度在内的RDX-CMDB推进剂综合性能预测模型。通过网格寻参模式优化模型,结合十折交叉验证法比较了十种机器学习算法的建模效果。其中,极限梯度提升回归模型预测性能最优,平均R^(2)可达0.9997;在对6个外部样本的测试中,该模型对5个目标性能的预测误差均在5%以内。结果表明,本研究提出的多任务机器学习模型可在试验样本量不足的情况下,实现推进剂的多个目标性能准确预测,对推进剂的综合性能优化和配方设计具有理论指导意义。

碳酸盐岩储层高精度构造应力场模拟与裂缝多参数分布预测方法及其应用

构造裂缝是碳酸盐岩的主要储集空间之一,局部应力导致的构造破裂是影响裂缝发育的重要因素。基于有限元方法的构造应力场模拟已成为构造裂缝预测的重要方法,但尚未能解决模型设置与实际地质情况相差较大、最优边界条件获取效率低以及构造裂缝发育的主控因素不清晰等问题。①引入非均质岩石力学模型构建方法和自适应边界条件约束算法以提升应力场模拟的精度,根据储层破裂率和断裂活动性等参数定量表征储层裂缝发育特征;②定量探讨走滑断裂变形特征的差异和应力扰动对构造裂缝发育的影响,优选控制构造裂缝发育的最强因素构建碳酸盐岩裂缝型储集体发育指数并定量研究其主控因素;③以储集体发育规模预测为基础,结合单井裂缝测井和岩心解释成果,建立不同级别碳酸盐岩裂缝型储集体的地质模式。将该方法在中国塔里木盆地顺北地区18号断裂带及邻区奥陶系碳酸盐岩储层中应用。结果表明,张扭段、平移段与压扭段的裂缝发育程度依次降低。地层变形幅度越大,裂缝发育程度越高。储层岩石力学参数、距断裂的距离、水平两向应力差、应力非均质性系数和综合破裂率被用于构建裂缝型储集体发育指数,其分级结果与实际地质情况匹配度较高。

掺铥锗酸盐激光玻璃光谱特性定量计算与预测

掺稀土激光玻璃是光纤激光器的核心工作介质,如何定量计算预测激光玻璃的光学光谱特性是加快高性能激光玻璃研发的挑战之一。本文以掺铥(Tm^(3+))二元锗酸盐激光玻璃为例,将相图中的“一致熔融化合物”视为玻璃的组成/结构“基元”,基于掺Tm^(3+)基元玻璃的物理和光谱性质的实验值利用杠杆规则计算预测了锗酸盐激光玻璃相应的性质,如密度、折射率、有效线宽、吸收/发射截面、辐射寿命、增益带宽等。结果表明,物理性质和光谱特性的预测值与实验值吻合度较高,预测误差绝对值分别小于4.61%和9.66%。此外,该方法能够准确预测掺Tm^(3+)锗酸盐玻璃的物理性质和光谱特性随组分的变化趋势,包括线性规律和“锗反常”现象,有助于解析激光玻璃组成-结构-性质的内在关联。本研究有望为激光玻璃的性质预测和成分设计提供指导。

渤海海域新近系薄互层砂体沉积特征及定量预测

为明确新近系明化镇组下段薄互层砂体的沉积特征与展布规律,运用岩心、钻井及三维地震资料,结合地震沉积学研究,确立了研究区薄互层形成于浅水三角洲前缘水下分流河道与前缘席状砂。基于波阻抗反演的井震标定发现,当薄互层形成一套砂层组时,地震最小振幅对其具有一定指示性。据此,将主要发育薄互层的明下段Ⅳ-2亚油组纵向划分为3套砂层组,并提取各砂层组地层切片,以确定其砂体边界与平面分布范围。最后以实钻砂层组储层厚度、地震属性值统计为数据基础,建立了薄互层储层定量预测拟合关系。在预测的厚度较大的甜点区实施评价井,验证了研究结果的可靠性。