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化探知識
我國化探數(shù)據(jù)處理方法與計算機應用的發(fā)展起步階段
文章來源:地大熱能 發(fā)布作者: 發(fā)表時間:2021-11-04 14:38:22瀏覽次數(shù):1518
在我國的化探勘查和研究中,數(shù)學方法和計算機的應用同樣覆蓋了數(shù)據(jù)處理、管理的各個環(huán)節(jié),隨著計算機技術(shù)和軟件技術(shù)的發(fā)展,也經(jīng)歷了從初期應用到全面計算機化的過程。數(shù)十年來開展的各種地球化學測量和區(qū)域化探掃面,積累了海量的地球化學數(shù)據(jù),這是一筆巨大的國家財富。如何管理、處理、分析這些數(shù)據(jù),如何更好地表達這些數(shù)據(jù),如何在礦產(chǎn)資源調(diào)查、農(nóng)業(yè)地質(zhì)調(diào)查、生態(tài)環(huán)境調(diào)查等與人類息息相關(guān)的領域應用這些數(shù)據(jù),正是推動數(shù)學方法和計算機應用于化探研究工作的最重要原因。縱觀其發(fā)展過程,可大體劃分幾個階段。
20世紀60年代以前的早期工作,為了提取化探數(shù)據(jù)中包含的有用信息,研究者經(jīng)常計算某些統(tǒng)計量:算術(shù)平均值、標準偏差和異常下限等,據(jù)之對測量數(shù)據(jù)進行某種形式的分級,勾繪地球化學圖件。為進一步研究,還可能對數(shù)據(jù)作某種簡單變換(對數(shù)轉(zhuǎn)換、光滑處理等);或?qū)?shù)據(jù)分布進行檢驗,看其是否服從正態(tài)分布;應用方差分析研究數(shù)據(jù)中包含的誤差來源;用簡單相關(guān)分析研究被測成分間的成因聯(lián)系;計算測區(qū)內(nèi)的面金屬量,用以估計成礦遠景;以及對比元素含量的空間變化,研究異常的濃度分帶和組分分帶等。
所有這些,構(gòu)成了那個時期化探數(shù)據(jù)處理的特征:手工計算和計算結(jié)果的簡單直觀處理。
由于手工操作的局限性,較為復雜的統(tǒng)計計算無法實現(xiàn)。
從20世紀60年代中開始,特別是70年代以后,我國的化探數(shù)據(jù)處理快速發(fā)展。
1965年,謝學錦、邵躍在整理鉆孔原生暈資料時,應用了移動平均的方法,使礦體周圍的元素分布規(guī)律顯示更加清晰。吳承烈、林存山、伍宗華等在區(qū)域化探資料整理中應用概率統(tǒng)計方法,較合理地劃分區(qū)域背景與異常。謝學錦于1966年翻譯了康諾爾等的論文《應用趨勢分析研究猶他州比佛郡的地球化學探礦數(shù)據(jù)》,在國內(nèi)首次介紹用于化探數(shù)據(jù)處理的趨勢分析方法。盡管現(xiàn)在看來趨勢分析就是基于最小二乘法的回歸分析,但在當時,國內(nèi)化探界幾乎無人了解這種算法,也根本沒有應用實例。1971年,冶金部桂林地質(zhì)研究所開始研究多元統(tǒng)計分析方法,應用于鄂東矽卡巖銅鉬礦原生暈分類、異常評價及盲礦的預測。1972年,由冶金部的歐陽宗圻主持,在廣西桂林舉辦地球化學學習班,聘請於崇文、張本仁、阮天健、林名章等講授地球化學等理論和方法,嗣后內(nèi)部出版的學習材料也涉及化探數(shù)據(jù)處理方法的內(nèi)容。1973年,在國家地質(zhì)總局于湖南邵陽舉辦的激電、化探學習班上,物探所介紹了應用回歸分析預測礦體平均品位,應用判別分析區(qū)分有工業(yè)價值的鐵帽和無工業(yè)價值的鐵帽。同年,冶金系統(tǒng)為推廣多元統(tǒng)計方法,歐陽宗圻委托阮天健在《地質(zhì)與勘探》雜志上系統(tǒng)刊登了<數(shù)理統(tǒng)計在地球化學探礦中的應用簡介》,對國內(nèi)普及化探數(shù)據(jù)處理起到了推動作用。也在同年,地質(zhì)科學研究院情報所編印了《化探資料數(shù)理統(tǒng)計方法》一書(內(nèi)部參考),介紹了國外1968—1973年化探數(shù)據(jù)處理的應用實例和綜述性論文。1974年,冶金部在保定舉辦了第二期化探數(shù)據(jù)處理及電算學習班,規(guī)模較大,并有上機實習,為期5個月。以后冶金系統(tǒng)在化探資料整理與異常的解釋評價中推廣應用了多元統(tǒng)計方法。
在使用計算機處理化探數(shù)據(jù)方面,1966年,物探所購置了國產(chǎn)第一代電子管計算WL-103機,掀開了化探數(shù)據(jù)處理的新一頁。例如,1972年夏,以謝學錦為首的小組在安徽銅陵開展研究工作,試圖用手搖計算器和算盤求解回歸等問題,但當方程組大于4階時,幾乎無法求解;同年底,林存山和楊竹溪開始研究使用103機求解線性方程組,并獲得成功。1973年,物探所成立了林存山領導的化探電算組,迅速展開化探測量數(shù)據(jù)的計算機處理研究。這是國內(nèi)最早開展的應用計算機處理化探數(shù)據(jù)的研究工作。
在整個20世紀70年代,國內(nèi)掀起了應用計算機處理化探數(shù)據(jù)的熱潮,尤其是多元分析熱,幾乎波及地質(zhì)系統(tǒng)開展化探工作的各個單位。同時,冶金系統(tǒng)以及地質(zhì)院校也紛紛開展數(shù)學地質(zhì)的研究工作。計算機、計算方法、數(shù)據(jù)處理等各種學習班此起彼伏,幾年之間,使計算機處理地質(zhì)、化探數(shù)據(jù)從無到有,迅速普及。
1972年底至1973年上半年,在使用物探所和煤炭科學研究院的103機進行趨勢分析計算的同時,開始研究其他算法,包括聚類分析、因子分析、判別分析等等。由于103機的局限性,不穩(wěn)定、內(nèi)存太小(只有2~4 KB)、速度慢(1 000次/s),根本無法求解數(shù)據(jù)量很大的化探數(shù)據(jù)處理問題。1972年,地質(zhì)部在北京成立了計算技術(shù)應用研究所(當時稱“150工程”),購置一臺國產(chǎn)第二代晶體管計算機:DJS -6(108乙機).該機幾乎成為70年代國內(nèi)(尤其在北京)的主流機型。物探所化探電算組也轉(zhuǎn)向應用該機處理數(shù)據(jù)。1972年末到1973年初,林存山等完成了我國第一個自編的“趨勢分析”化探方法應用程序。在DJS - 103機上,先后利用聞廣等在安徽鳳凰山含銅花崗巖體中采集的66個地表露頭樣品和鉆孔巖石樣品中磁鐵礦的銅含量數(shù)據(jù),進行了趨勢分析;又對安徽321隊和物探所協(xié)作在銅陵地區(qū)采集的54個鐵帽樣品的10個元素的分析數(shù)據(jù),進行了聚類分析、因子分析,對該區(qū)進行了資料解釋和成礦預測。1974年6月完成了兩類和多類的判別分析等的應用程序編寫。
特別值得一提的是,1975年前后,地質(zhì)科學院礦床所數(shù)學地質(zhì)組李裕偉、余金生等,系統(tǒng)地編制了一套多元統(tǒng)計分析方法程序。極為可貴的是,每種統(tǒng)計分析方法都附有數(shù)學方法的原理、操作步驟、源程序、應用實例和應用效果。這些實例大部分是化探數(shù)據(jù),并進行了地質(zhì)解釋。他們還把這些資料大量印刷成冊,無償?shù)靥峁┙o化探界和數(shù)學地質(zhì)界,雪中送炭,把新技術(shù)、新方法呈獻給如饑似渴地需要這些方法技術(shù)的技術(shù)骨干。這套資料對化探應用計算機技術(shù)起了重要的作用。
1976年,國家地質(zhì)總局科技組委托成都地質(zhì)學院舉辦計算機應用學習班,李善芳負責組織領導,校方由數(shù)學系主任何寶侃教授具體負責,地質(zhì)系統(tǒng)各省(區(qū)、市)生產(chǎn)單位化探人員參加,學員達數(shù)十人。葉乃鷹、王柏鈞等10余名老師授課,編寫了因子分析、判別分析等多元統(tǒng)計分析教材和程序設計講義。學習班為地質(zhì)系統(tǒng)基層單位培養(yǎng)了一批化探數(shù)據(jù)處理技術(shù)人員,對普及用計算機技術(shù)處理化探數(shù)據(jù),提高應用水平發(fā)揮了很大的作用。
1977年,北京計算技術(shù)應用研究所劉如英等和北京大學地質(zhì)系徐振邦、數(shù)學系婁元仁老師合作,在北京大學聯(lián)合舉辦數(shù)學地質(zhì)一化探培訓班,為地質(zhì)系統(tǒng)的物探隊、區(qū)調(diào)隊培養(yǎng)從事化探電算的技術(shù)骨干,學習數(shù)據(jù)處理的方法技術(shù)、編程語言、上機操作等。
1977年7月,國家地質(zhì)總局在安徽黃山召開第一次區(qū)域化探經(jīng)驗交流會,提出用新方法和電算技術(shù)重新整理和研究1: 20萬區(qū)域金屬量測量資料(后稱化探老資料),并確定編制單元素基本地球化學圖件,用以挖掘更多的找礦信息。根據(jù)國家地質(zhì)總局提出的重新整理1: 20萬化探老資料的要求,1978—1979年,由北京計算技術(shù)應用研究所負責實施,組成化探組,包括劉如英、馮濟舟(貴州)、馬國興、程美琪(北京)等;軟件組包括李恕中、郭漢倫、余全宏、鄔寬廉、張治等,計20多人攻關(guān),用從日本引進的M-16011型機,研制了包括數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)處理、圖像顯示、繪圖、漢字等多功能的化探數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(簡稱GC-79)。這個系統(tǒng)是國內(nèi)第一個化探專用軟件,其中,標準圖框、經(jīng)緯度、方厘網(wǎng)等圖廊要素的精度,達到總參測繪局頒發(fā)的標準允許誤差之內(nèi),等值線圖、直方圖、剖面圖的繪制精確美觀。在國內(nèi)計算機繪圖中,第一個被評定作為正式地質(zhì)圖件使用。
GC-79系統(tǒng)經(jīng)評審驗收后,1980年列入地質(zhì)部科技司新技術(shù)推廣項目,投入批量生產(chǎn)應用。要求全國各省區(qū)地質(zhì)局把化探老資料Cu、Pb或更多的合格元素重新統(tǒng)一整理后,送到計算技術(shù)應用研究所,用GC-79系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)處理和自動成圖。從1979年底到1982年期間,為16個省(區(qū)、市)做了全省的化探老資料處理和自動成圖,1: 20萬圖幅的入庫量263幅,Cu、Pb等元素的入庫數(shù)據(jù)3 283 026個,共做單元素基本地球化學圖和各種異常圖2 784張。GC-79系統(tǒng)的大規(guī)模應用,把計算機技術(shù)在化探界的廣泛使用推向新高度,大大提高了化探資料整理的效率,也為1978年后提出在全國進行區(qū)域化探的數(shù)據(jù)處理和自動成圖作了探索性的試驗,為全國區(qū)域化探成圖標準化作了先導性的工作。
20世紀60年代以前的早期工作,為了提取化探數(shù)據(jù)中包含的有用信息,研究者經(jīng)常計算某些統(tǒng)計量:算術(shù)平均值、標準偏差和異常下限等,據(jù)之對測量數(shù)據(jù)進行某種形式的分級,勾繪地球化學圖件。為進一步研究,還可能對數(shù)據(jù)作某種簡單變換(對數(shù)轉(zhuǎn)換、光滑處理等);或?qū)?shù)據(jù)分布進行檢驗,看其是否服從正態(tài)分布;應用方差分析研究數(shù)據(jù)中包含的誤差來源;用簡單相關(guān)分析研究被測成分間的成因聯(lián)系;計算測區(qū)內(nèi)的面金屬量,用以估計成礦遠景;以及對比元素含量的空間變化,研究異常的濃度分帶和組分分帶等。
所有這些,構(gòu)成了那個時期化探數(shù)據(jù)處理的特征:手工計算和計算結(jié)果的簡單直觀處理。
由于手工操作的局限性,較為復雜的統(tǒng)計計算無法實現(xiàn)。
從20世紀60年代中開始,特別是70年代以后,我國的化探數(shù)據(jù)處理快速發(fā)展。
1965年,謝學錦、邵躍在整理鉆孔原生暈資料時,應用了移動平均的方法,使礦體周圍的元素分布規(guī)律顯示更加清晰。吳承烈、林存山、伍宗華等在區(qū)域化探資料整理中應用概率統(tǒng)計方法,較合理地劃分區(qū)域背景與異常。謝學錦于1966年翻譯了康諾爾等的論文《應用趨勢分析研究猶他州比佛郡的地球化學探礦數(shù)據(jù)》,在國內(nèi)首次介紹用于化探數(shù)據(jù)處理的趨勢分析方法。盡管現(xiàn)在看來趨勢分析就是基于最小二乘法的回歸分析,但在當時,國內(nèi)化探界幾乎無人了解這種算法,也根本沒有應用實例。1971年,冶金部桂林地質(zhì)研究所開始研究多元統(tǒng)計分析方法,應用于鄂東矽卡巖銅鉬礦原生暈分類、異常評價及盲礦的預測。1972年,由冶金部的歐陽宗圻主持,在廣西桂林舉辦地球化學學習班,聘請於崇文、張本仁、阮天健、林名章等講授地球化學等理論和方法,嗣后內(nèi)部出版的學習材料也涉及化探數(shù)據(jù)處理方法的內(nèi)容。1973年,在國家地質(zhì)總局于湖南邵陽舉辦的激電、化探學習班上,物探所介紹了應用回歸分析預測礦體平均品位,應用判別分析區(qū)分有工業(yè)價值的鐵帽和無工業(yè)價值的鐵帽。同年,冶金系統(tǒng)為推廣多元統(tǒng)計方法,歐陽宗圻委托阮天健在《地質(zhì)與勘探》雜志上系統(tǒng)刊登了<數(shù)理統(tǒng)計在地球化學探礦中的應用簡介》,對國內(nèi)普及化探數(shù)據(jù)處理起到了推動作用。也在同年,地質(zhì)科學研究院情報所編印了《化探資料數(shù)理統(tǒng)計方法》一書(內(nèi)部參考),介紹了國外1968—1973年化探數(shù)據(jù)處理的應用實例和綜述性論文。1974年,冶金部在保定舉辦了第二期化探數(shù)據(jù)處理及電算學習班,規(guī)模較大,并有上機實習,為期5個月。以后冶金系統(tǒng)在化探資料整理與異常的解釋評價中推廣應用了多元統(tǒng)計方法。
在使用計算機處理化探數(shù)據(jù)方面,1966年,物探所購置了國產(chǎn)第一代電子管計算WL-103機,掀開了化探數(shù)據(jù)處理的新一頁。例如,1972年夏,以謝學錦為首的小組在安徽銅陵開展研究工作,試圖用手搖計算器和算盤求解回歸等問題,但當方程組大于4階時,幾乎無法求解;同年底,林存山和楊竹溪開始研究使用103機求解線性方程組,并獲得成功。1973年,物探所成立了林存山領導的化探電算組,迅速展開化探測量數(shù)據(jù)的計算機處理研究。這是國內(nèi)最早開展的應用計算機處理化探數(shù)據(jù)的研究工作。
在整個20世紀70年代,國內(nèi)掀起了應用計算機處理化探數(shù)據(jù)的熱潮,尤其是多元分析熱,幾乎波及地質(zhì)系統(tǒng)開展化探工作的各個單位。同時,冶金系統(tǒng)以及地質(zhì)院校也紛紛開展數(shù)學地質(zhì)的研究工作。計算機、計算方法、數(shù)據(jù)處理等各種學習班此起彼伏,幾年之間,使計算機處理地質(zhì)、化探數(shù)據(jù)從無到有,迅速普及。
1972年底至1973年上半年,在使用物探所和煤炭科學研究院的103機進行趨勢分析計算的同時,開始研究其他算法,包括聚類分析、因子分析、判別分析等等。由于103機的局限性,不穩(wěn)定、內(nèi)存太小(只有2~4 KB)、速度慢(1 000次/s),根本無法求解數(shù)據(jù)量很大的化探數(shù)據(jù)處理問題。1972年,地質(zhì)部在北京成立了計算技術(shù)應用研究所(當時稱“150工程”),購置一臺國產(chǎn)第二代晶體管計算機:DJS -6(108乙機).該機幾乎成為70年代國內(nèi)(尤其在北京)的主流機型。物探所化探電算組也轉(zhuǎn)向應用該機處理數(shù)據(jù)。1972年末到1973年初,林存山等完成了我國第一個自編的“趨勢分析”化探方法應用程序。在DJS - 103機上,先后利用聞廣等在安徽鳳凰山含銅花崗巖體中采集的66個地表露頭樣品和鉆孔巖石樣品中磁鐵礦的銅含量數(shù)據(jù),進行了趨勢分析;又對安徽321隊和物探所協(xié)作在銅陵地區(qū)采集的54個鐵帽樣品的10個元素的分析數(shù)據(jù),進行了聚類分析、因子分析,對該區(qū)進行了資料解釋和成礦預測。1974年6月完成了兩類和多類的判別分析等的應用程序編寫。
特別值得一提的是,1975年前后,地質(zhì)科學院礦床所數(shù)學地質(zhì)組李裕偉、余金生等,系統(tǒng)地編制了一套多元統(tǒng)計分析方法程序。極為可貴的是,每種統(tǒng)計分析方法都附有數(shù)學方法的原理、操作步驟、源程序、應用實例和應用效果。這些實例大部分是化探數(shù)據(jù),并進行了地質(zhì)解釋。他們還把這些資料大量印刷成冊,無償?shù)靥峁┙o化探界和數(shù)學地質(zhì)界,雪中送炭,把新技術(shù)、新方法呈獻給如饑似渴地需要這些方法技術(shù)的技術(shù)骨干。這套資料對化探應用計算機技術(shù)起了重要的作用。
1976年,國家地質(zhì)總局科技組委托成都地質(zhì)學院舉辦計算機應用學習班,李善芳負責組織領導,校方由數(shù)學系主任何寶侃教授具體負責,地質(zhì)系統(tǒng)各省(區(qū)、市)生產(chǎn)單位化探人員參加,學員達數(shù)十人。葉乃鷹、王柏鈞等10余名老師授課,編寫了因子分析、判別分析等多元統(tǒng)計分析教材和程序設計講義。學習班為地質(zhì)系統(tǒng)基層單位培養(yǎng)了一批化探數(shù)據(jù)處理技術(shù)人員,對普及用計算機技術(shù)處理化探數(shù)據(jù),提高應用水平發(fā)揮了很大的作用。
1977年,北京計算技術(shù)應用研究所劉如英等和北京大學地質(zhì)系徐振邦、數(shù)學系婁元仁老師合作,在北京大學聯(lián)合舉辦數(shù)學地質(zhì)一化探培訓班,為地質(zhì)系統(tǒng)的物探隊、區(qū)調(diào)隊培養(yǎng)從事化探電算的技術(shù)骨干,學習數(shù)據(jù)處理的方法技術(shù)、編程語言、上機操作等。
1977年7月,國家地質(zhì)總局在安徽黃山召開第一次區(qū)域化探經(jīng)驗交流會,提出用新方法和電算技術(shù)重新整理和研究1: 20萬區(qū)域金屬量測量資料(后稱化探老資料),并確定編制單元素基本地球化學圖件,用以挖掘更多的找礦信息。根據(jù)國家地質(zhì)總局提出的重新整理1: 20萬化探老資料的要求,1978—1979年,由北京計算技術(shù)應用研究所負責實施,組成化探組,包括劉如英、馮濟舟(貴州)、馬國興、程美琪(北京)等;軟件組包括李恕中、郭漢倫、余全宏、鄔寬廉、張治等,計20多人攻關(guān),用從日本引進的M-16011型機,研制了包括數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)處理、圖像顯示、繪圖、漢字等多功能的化探數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(簡稱GC-79)。這個系統(tǒng)是國內(nèi)第一個化探專用軟件,其中,標準圖框、經(jīng)緯度、方厘網(wǎng)等圖廊要素的精度,達到總參測繪局頒發(fā)的標準允許誤差之內(nèi),等值線圖、直方圖、剖面圖的繪制精確美觀。在國內(nèi)計算機繪圖中,第一個被評定作為正式地質(zhì)圖件使用。
GC-79系統(tǒng)經(jīng)評審驗收后,1980年列入地質(zhì)部科技司新技術(shù)推廣項目,投入批量生產(chǎn)應用。要求全國各省區(qū)地質(zhì)局把化探老資料Cu、Pb或更多的合格元素重新統(tǒng)一整理后,送到計算技術(shù)應用研究所,用GC-79系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)處理和自動成圖。從1979年底到1982年期間,為16個省(區(qū)、市)做了全省的化探老資料處理和自動成圖,1: 20萬圖幅的入庫量263幅,Cu、Pb等元素的入庫數(shù)據(jù)3 283 026個,共做單元素基本地球化學圖和各種異常圖2 784張。GC-79系統(tǒng)的大規(guī)模應用,把計算機技術(shù)在化探界的廣泛使用推向新高度,大大提高了化探資料整理的效率,也為1978年后提出在全國進行區(qū)域化探的數(shù)據(jù)處理和自動成圖作了探索性的試驗,為全國區(qū)域化探成圖標準化作了先導性的工作。