二连基地铀资源多元信息数据库构建及示范应用研究

李晓翠，朱鹏飞，张云龙，刘琳莹，刘武生，孔维豪，白芸

（核工业北京地质研究院 中核集团铀资源勘查与评价技术重点实验室，北京 100029）

建设铀矿大基地是提高国内天然铀供应保障能力的重要举措［1］，二连盆地作为北方中新生代沉积盆地首批具备建设铀矿大基地的地区之一，具有巨大的找矿潜力，其铀矿地质工作始于20 世纪80 年代，相继落实了一批铀矿床，发现了一批铀矿产地，铀矿勘查和研究取得了重大进展。通过大量找矿实践和研究，积累了涵盖基础地质、矿产地质、地球物理、地球化学、遥感地质、水文地质、钻探工程、测绘工程等学科领域的科研数据和成果。然而，这些数据多来自于不同渠道的项目，数据结构上未整合为统一体系，铀矿地质数据模型的标准化方面还不够完善，从而阻碍了数据之间的访问与交流。因此，建立一套完整的数据标准是必要的，同时，标准化研制对推动大数据产业、加快技术与标准的相互融合、推动大数据发展国家战略和数据立法具有重要意义［2-3］。

美国地质调查局（USGS）花费9 年时间制定了空间数据转换标准SDTS。澳大利亚以SDTS 为基础，结合本国实际情况，制定了自己的SDTS。英国、法国、德国、瑞典、日本等发达国家也相继建立了适合本国特点的数据标准［4-5］。我国空间数据标准和规范的制定起步较晚，有关部门和行业也制定了一系列空间数据标准和规范，如国家测绘局开发的各级比例尺数字地形图图式标准、原地质矿产部相继制定和发布了一系列地学数据记录格式标准，1988 年7 月发布了地质矿产术语分类代码（GB9649—1988）［6］，以此为基础相继制定发布了一系列数据记录格式标准［7-11］，并按关系数据库模式在全行业开展了建库工作。目前，中国地质调查局已制定发布了一系列标准规范，并按照各自的规范标准建立了主要的12 个专题数据库［12］。在石油领域，制定了一整套完整的勘探开发数据标准体系，共分为7 大类，83 项标准，其中，基础标准1 项、元数据数据元标准3项、信息分类与代码标准8 项、源点数据采集规范33 项、业务模型标准33 项、图形标准3 项、交换标准两项，为石油勘探开发数据资源采集、存储、管理和应用提供了完备的标准支持［13］。但是他们大都是自成体系，很难完全满足铀矿地质领域数据库建设与数据应用等方面的需求。为此，在引用国家已颁布的数据记录格式的基础上，借鉴其他行业相关标准规范，结合铀矿地质科研生产实际，本文建立了二连基地多元信息数据库数据模型，主要包括钻孔数据模型、图件数据模型、文档数据模型等。基于建立的数据模型，规范了二连基地多元信息数据库的建设工作。二连基地多元信息数据库的构建，便于各类资料的综合管理，利于科研生产人员进行检索、查询、数据分析、信息提取和成图等，为铀矿地质云平台应用示范系统建设（以下简称“铀矿地质云平台”）、三维建模分析及工作区内四定预测奠定了坚实的数据基础，有效支撑了二连盆地铀矿地质科研生产工作的开展。

1 数据模型

数据模型是数据组织和数据库设计的基础和依据［14］。数据模型的建立能为数据的合理组织和优化利用奠定基础［15］。结合工作实际，在资料收集、综合研究、调研咨询、需求分析等工作的基础上，编制了二连基地多元信息数据库数据模型，主要包括钻孔数据模型、图件数据模型、文档数据模型，进而构建了二连盆地多元信息数据库。

1.1 钻孔数据模型

参考主流矿业三维软件钻孔数据表结构，依据科研与生产中钻孔资料的属性特征，将钻孔资料数据划分为钻孔基本信息表、钻孔方位测量表、综合编录表、测井记录表、矿化信息表等。

1）钻孔基本信息表：该表用于记录钻孔的地理位置，如施工地点、施工单位、钻机型号、负责单位、施工日期和操作人员等一般信息（表1）。

表1 钻孔基本信息及属性说明Table 1 Basic information and attribute description for the borehole

表1（续）

2）钻孔方位测量表：该表通过记录钻孔的倾角和方位角来描述钻孔在钻进过程中的倾斜情况（表2）。

表2 钻孔方位测量信息及属性说明Table 2 Azimuth measurement information and attribute description for borhole

3）综合编录表：该表用于记录钻孔岩心的编录资料，如岩性、地质时代、粒度等详细编录信息（表3）。

表3 综合编录信息及属性说明Table 3 Comprehensive logging and attributes description of bolehole

表3（续）

4）测井记录表：用于记录放射性、电法等测井方法所获取的数据（表4）。

表4 测井记录信息及属性说明Table 4 Logging record information and attribute descriptiom of borehole

5）矿化信息表：此表详细的记录了钻孔的矿化位置及矿化程度等信息（表5）。

表5 矿化信息及属性说明Table 5 Mineralization information and attribute description of borehole

1.2 图件数据模型

1.2.1 图件基本构成

二连基地图件数据所描述的工作成果主要包括：信息类图件、成果类图件和典型矿床类图件，其中信息类图件又进一步细分为构造类图件、建造类图件、改造类图件和矿化信息类图件。所有图件根据研究区资料的丰富程度和工作程度等将空间划分方式和比例尺分为4 大类，一般来说，二连盆地或区域级比例尺为1∶25万，重点工作区级比例尺为1∶10万，成矿区级比例尺为1∶5万，矿床级比例尺为1∶1万～1∶2.5万。

二连基地多元信息数据库中，图件数据模型的主要构成如下表（表6）：

表6 二连基地多元信息数据库图件数据模型一览表Table 6 Data scheme of multiple information database in Erlian basin

表6（续）

1.2.2 图层划分原则

在二连基地多元信息数据库中，矢量化的图件数据主要采用MapGIS 软件格式进行存储，因此，图层划分需适应GIS 软件功能特点，其主要划分原则包括：

1）按照实际科研生产需求，将空间数据模型划分为若干图层；

2）相同逻辑内容的空间信息、相互关系密切的数据归为统一图层；

3）使用频率高的作为主要图层。

1.2.3 图层划分

在图件数据库中，图件类数据资料主要有两类，一类是JPEG、TIFF、PDF 等图像格式，这类数据的整理需确保图像内容清晰，文件名与其一致；另一类是MapGIS、ArcGIS 等数字化格式的矢量数据，本小节中的图层划分主要针对MapGIS 格式的图件，由于数据库中涉及图件共63 类，本文仅以二连盆地（或研究区、重点工作区、成矿区）砂岩型铀矿地质图为例进行说明（表7）。其图面要素主要分为地质类、地理类、辅助类等3 类，地理类和辅助类可依据具体实际进行选择，地质类要素进一步划分为地层、地质界线、沉积盆地边界、断裂、富铀层（体）、富铀层（体）边界、铀矿产地、钻孔、各类标注等图层，并规定了相应图层的要素类型（点、线、面）和重要程度（必要、可选、辅助），同时，对部分图层下挂的属性数据表进行了规定，进一步规范和丰富了该图层的内容，并在表中的“备注”栏进行说明。

表7 二连盆地（研究区、重点工作区、成矿区）砂岩型铀矿地质图图面要素信息一览表Table 7 Mapping elements for sandstone type uranium deposits of working area,key sector and mineralization target in Erlian Basin

1.3 文档数据模型

在二连基地多元信息数据库中，文档数据多以DOC、DOCX、PDF、TIFF、JPEG 等格 式存储，在建库过程中，按照资料所属类别，建立文件夹分类分级别存放（表8）。这类数据的整理要确保内容完整清晰，文件名与内容一致。

表8 文档数据结构一级分类表Table 8 First level classification of document structure

2 数据库建设

2.1 资料汇集

通过多年的工作，二连盆地已经积累了相当规模的多源异构地学数据，涵盖了地、物、化、遥、水、钻探等专业，这些数据相对零散，利用率较低，在构建二连基地多元信息数据库之前，需对研究区资料进行全面收集与梳理，根据数据分类方案，对其进行筛选与初步处理（图1）。

图1 资料筛选流程Fig.1 Data screening flow chart

在资料集成工作中，前期的数据采集与数据处理所占工作量最大。针对不同的资料类别，对已筛选的资料进行整理与处理：

1）表格数据，纸质版需采用扫描方式转为JPG 格式或PDF 文档，对于需要用于分析研究的数据（如钻孔数据），采用手工录入的方式转换为电子表格，并使之符合钻孔数据模型或数据库属性结构；

2）各类图件，纸质版需通过扫描形成JPG格式数字栅格化图，参与专项研究、三维地质建模等工作的图件，则通过矢量化工作转化为MapGIS 软件格式数字线划图，并符合图件数据模型的相关要求；

3）报告数据，纸质版需采用扫描方式将其转换为PDF 文档做数字化处理。通过扫描、格式转换、分类整理后的数据按资料来源分别进行存储，并对整理完毕的文件赋予可唯一标识的特征码，作为数据库原始资料进行有效管理［16］。

2.2 数据库建设情况

二连基地多元信息数据库主要包括钻孔数据库、图件数据库和文档数据库。

二连基地钻孔数据库按照钻孔基本信息表、钻孔方位测量表、综合编录表、测井记录表、矿化信息表等5 个表格进行整理汇总，共计入库各类钻孔4 814 个，记录总条数690 余万，为方便科研与管理人员的使用，在钻孔基本信息表中增加了原始数据的超链接，实现了原始数据的实时查看。

二连基地图件数据库主要包括3 类图件：信息类图件、成果类图件和典型矿床类图件。其中，信息类图件又进一步细分为构造类图件、建造类图件、改造类图件、矿化信息类图件、剖面图、柱状图、实际材料图；典型矿床类图件进一步按矿床名称进行分类。目前，图件数据库共入库图件701 幅。

二连基地文档数据库中的数据多以DOC、PDF、TIFF、JPEG 等格式存储，按照文档数据模型要求，进行分类分级别存放，目前，共计入库文档609 份。

2.3 数据质量控制

为保证二连基地多元信息数据库的可靠性和准确性，提交合格规范的数据，在开展数据库建设的工作过程中，通过建立质量保障措施和质量监控制度，确保数据库的工作质量。在组织制度方面，成立了项目领导组和专家组，负责项目组织协调和专业技术咨询等工作，从而保证项目的顺利实施；在数据标准化方面，项目之初编制了数据模型，规定了所要完成的数据表、图件类和文档类等，使用统一的系统库，对最终成果进行了规范标准化；在质控制度方面，采用了工作日志制度、自互检制度、全面检查制度、阶段性抽查制度、兼职质检员制度等。通过以上环节的工作和采取的相关措施，保障了二连基地多元信息数据库的数据质量，为后续应用奠定了良好的数据基础。

3 示范应用研究

3.1 三维地质建模研究

数据库的建设，大大缩短了三维地质建模研究前期数据准备的时间，据统计，在三维地质建模工作中，前期数据收集、整理、分析的时间约占总工作量的60%～70%，通过前期数据库的建设，快速建立了哈达图矿床及外围三维地质实体模型，有效地提高了工作效率，为该地区的三维四定预测研究奠定了模型基础。

在哈达图矿床及外围研究范围内，共收集钻孔197个、剖面图11幅，底板等深图各1幅、基底构造图1幅、北西向地球物理剖面图3幅（图2）。在找矿模型指导下，该区预测研究在赛汉组上段地层的各亚层中开展，以赛汉组上段各亚层底板模型为基础，以500 m为间隔对底板模型进行重采样，提取底板格架控制点，根据钻孔数据中各亚层的分界点，剖面数据中各亚层之间的分界线，综合建立了赛汉组上段3个亚层的地层模型（图3）。根据钻孔岩性数据，将钻孔岩性数据根据粒度划分为泥、粉砂、砂、砾，把属性数据导入到建模软件中进行属性插值，计算研究区岩性模拟结果，将其最终显示为泥砂二值化结果，可直观地查看目的层内泥砂分布情况（图4）。

图2 哈达图矿床及其外围钻孔分布三维展示图Fig.2 3D display of Hadatu deposit and its surrounding boreholes

图3 哈达图矿床及其外围K1s2地层各亚层模型示意图Fig.3 3D schematic model of sub layers of K1s2 stratum in Hadatu deposit and its periphery

图4 哈达图矿床及其外围砂体模拟结果Fig.4 Simulation results of Hadatu deposit and its surrounding sandbodies

3.2 沉积建造特征研究

数据库的建设有利于全面掌握地质勘查数据，为综合认识和全面把握盆地地质特征提供强有力的支撑。通过对二连盆地全区钻孔资料的收集、整理和入库，为建立区域性地层对比、地层展布、沉积建造特征及分布等工作提供了最新、最可靠的数据基础。利用钻孔数据包括的孔位坐标数据、测斜数据、岩心岩性数据和测井数据等，地质人员可以全面认识盆地钻孔分布及钻孔深度，从而制定合理的地层对比方案，并依据数据，规划研究尺度和精度等。在钻孔数据的支撑下，开展的地层对比工作对于区域性地层分布、构造格局等地质认识和把握更准确、更全面，同时在地层对比过程中可以对区域地质信息进行综合研究和分析，深化认识地层发育与区域构造运动的耦合关系、抬升剥蚀等区域不整合信息在地层发育中的记录等。

在区域性地层分布、构造活动记录等数据综合分析的基础上，数据库的建设同时支撑了对全区岩相古地理特征的研究与恢复。从单孔垂向岩性岩相记录入手，在地层对比的基础上，对区域性岩相古地理特征剖面进行分析，有助于全面把握和深入理解二连盆地岩相古地理区域性演化过程，尤其是对目标层，如赛汉组上段沉积相的识别与区域展布研究，有利于进一步对潜在的含矿砂体进行进行识别和刻画（图5）。

图5 二连盆地赛汉组早期沉积相平面展布图Fig.5 Distribution map of sedimentary facies of Eearly Saihan formation in Erlian Basin

4 下一步工作建议

1）统筹规划铀矿地质领域专题数据库体系和数据标准规范建设

经过多年的铀矿勘查信息化建设，尤其是“十二五”、“十三五”信息化业务系统建设和一批重大项目的实施，中国铀业有限公司及下属单位已积累了大量的全国范围铀矿相关资料及部分海外地勘资料，部分数据和成果建立了专题数据库和综合数据库。通过梳理地、遥、重、磁、电、放射性、钻井、测井、岩心、水文等各类工作手段成果数据，摸清楚铀矿勘查数据的基本情况，包括数据来源、数据类型、数据形态、数据模式、数据总量、数据增量等，开展现有数据库升级完善及各类专题数据库有序建设，逐步形成铀矿地质领域专题数据库体系，同时开展相应的数据标准规范体系建设，以标准化引领规范化，有步骤、分层级的推进两大体系建设。在此基础上，稳步推进我国北方重点盆地砂岩型铀矿数据库建设。

2）建立数据库更新维护机制，保证数据的现势性和实用性

建设一个成功的数据库，需要花费大量的人力、物力、财力和时间，建成后需要有专人对数据库的数据进行常态化的更新和维护。随着地质勘查工作的不断进展，将会收集、产生各种不同类别的资料、数据和认识等，这些都应在数据库中进行动态更新和维护，而且，数据库建成后，难免有一些数据的错漏或不足，都需要不断地改进和完善，因此，建议数据库坚持实行年度维护制度，确保数据的现势性和实用性，提高数据库的质量，以便及时为各项地勘工作的开展提供坚实的数据基础。建议把数据库维护工作纳入经常性计划中，保证一定经费和人员组织，落实维护工作的计划安排。

3）建立数据使用制度，提高数据共享能力

二连基地多元信息数据库的建立，为课题组各学科科研人员提供了基础数据支撑，该数据库依托铀矿地质云平台，可进行数据服务发布，在今后的工作中，建议进一步推动铀矿地质云平台的应用，深化数据资源的共享和互联互通，建立数据使用制度，便于科研生产人员进行检索、查询、数据分析、信息提取和成图等，进一步为铀矿地质科研生产提供数据支撑，助推铀矿资源系统全面数字化、信息化和智能化工作模式的发展。