寻“锰”40余年,把论文写在祖国大地上的贵州省地矿局首席科学家周琦同志,对于曾经获得的成绩和荣誉很淡然,但在2021年贵州省地矿局举办的“数字勘查”媒体见面会上,他却满脸自豪地说“为破解长期以来矿产勘查数字化转型难题,贵州在国内率先开展数字勘查,推进矿产勘查工作与大数据融合发展,实现了固体矿产勘查全过程数字化。”
的确,在传统的矿产勘查中,地质填图、钻孔编录、图件编绘等无一不是靠纸质记录。繁琐、低效,成为制约地质勘查工作发展的瓶颈。全过程数字化颠覆了传统的矿产勘查模式,也成为周琦怀揣找矿报国初心使命,以创新争先实效促数字勘查和锰矿找矿取得重大突破交出的又一份漂亮答卷。
突破传统,提出锰矿成矿新理论
风餐露宿,日晒雨淋。1964年出生的周琦显得比实际年龄更憔悴一些,谈起为何能找到大型锰矿,周琦谦虚地归于运气。但其实,这与他在锰矿成矿理论上的创新密切相关。
长期以来,国际矿床学学界普遍认为,锰矿大规模成矿主要是外生沉积成矿的产物,提出了“外生外成”的沉积型锰矿成矿理论。这一理论长期支撑和指导国内锰矿找矿,但国内锰矿找矿几十年来一直久攻不克。
多年的锰矿找矿的经历使周琦开始意识到传统理论可能存在的不足。2000年初,他一边工作,一边到中国地质大学(武汉)学习。一些难以解释的奇特现象,成为周琦的研究题目。平日积累的丰富素描和测试数据,也给他的研究提供了巨大的支持。经过大量的阅读和思考,他认识到,传统理论无法解释我国华南、贵州地区的锰矿成矿特征。经过实践-认识-再实践-再认识,坚持不懈的琢磨,使此前观察到的难以解释的现象迎刃而解,周琦提出了新的锰矿成矿理论——气液喷溢沉积锰矿成矿理论。
锰是新能源电池、新材料等战略新兴产业和钢铁冶金的关键材料,对外依存度居高不下,我国是锰矿石和锰系材料的消费大国,每年有80%的锰矿需要从国外进口,寻找锰矿是我国的一项重要战略性任务。周琦提出的锰矿成矿新理论及其衍生出来的找矿方法,突破了传统锰矿找矿理论的局限,成功应用到贵州铜仁、贵州遵义、重庆等地的锰矿勘查中。得益于这一理论的指导,他率队在黔东地区先后新发现4个世界级超大型锰矿床和1个特大型富锰矿床,这些超大型锰矿床的发现,打破了我国锰矿找矿几十年来久攻不克的困局,实现了我国锰矿地质找矿有史以来的最大突破,维护了国家锰矿资源的安全,经济效益和社会效益巨大。贵州的锰矿资源储量一跃成为亚洲第一,黔东地区成为中国唯一的世界级锰矿资源富集区。
协同创新,构建矿产数字勘查新模式
山水相依、风雨兼程。从17岁进入地质队到今年58 岁,周琦长期坚持在贵州武陵山区开展锰矿地质找矿和科研工作。传统中,地质填图、钻孔编录、计算制图无一不是靠纸质记录,为什么不推进数字勘查?依托贵州发展大数据的优势,为破解长期以来矿产勘查数字化转型难题,在贵州省自然资源厅的支持下,通过开展产学研协同创新,依托锰矿研发团队,全力推进锰矿勘查工作与大数据融合发展,在全国首次实现了固体矿产勘查全过程数字化。
作为锰矿团队领衔人,周琦自豪地说,“从2016年起,通过与该领域国内一流研发团队中国地质大学(武汉)地质信息科技研究所吴冲龙教授团队合作,研发了数字勘查信息系统,统一了矿产勘查制图标准,还培养了一批数字勘查技术人才”。回想起初,这项工作并不是那么容易。数字化就意味着,原先以纸质的方式来留存的各种地质数据和资料,都要按标准录入数据库,为后续的图件编绘、综合研究和资源储量估算提供数据支撑。面对新的数据采集方式,一开始,很多人不习惯。周琦就亲自到矿区现场指导,鼓励大家大胆尝试。“野外数据采集就像修房子,首先要打好地基。数据录入完整,地基牢固才能在上面建成高楼大厦。”通过集中培训、野外现场演示等方式,让一线技术人员熟练掌握数字勘查技术。
数据录入成功后,矿产勘查过程也要实现无纸化。其中,在勘查数据基础上进行成矿预测是数字勘查的关键和难点之一。“数字勘查的三维建模之后,我们可以准确计算出这个矿床的资源储量,它有没有断层和被破坏,它距离地表有多深,周围有哪些介质,包括不同矿石类型的空间及品位分布,都能看出来。它就像人去做一次CT或者核磁共振一样。”周琦说,“一开始,不管用什么手段,‘三维模型’始终达不到预期的效果。如果不攻克这个技术难题,成矿预测就无从谈起。”
为攻克技术难题,他和年过七旬的吴冲龙教授带着技术骨干深入勘查现场,查找问题症结。经多次试验操作,一个漂亮的三维模型终于出现在电脑上,随后矿产数字勘查技术“牛刀小试”,运用到2020年开始启动实施全省重点矿产资源大精查工作和毕节试验区优势矿产资源大普查中初见成果。2021年7月,快速完成了松桃高地超大型锰矿床大精查,提交富锰矿石资源量7535.15万吨,锰平均品位为25.64%,是我国第一个特大型富锰矿床。
如今,经过两年多的摸索,团队研发出一套锰矿固体矿产数字化勘查体系,成功实现了矿产勘查过程中无纸化的流程。地质工作人员采用平板、笔记本电脑,智能手机等移动设备,就能实现矿产勘查数据的野外数字化采集,达到一次完成野外勘查数据的采集和数字化,并存入固体矿产资源勘查信息系统和大数据中心永久使用;与此同时,通过提取数字化勘查数据,可实现对矿区勘查线剖面图、矿体投影图、资源量估算图、钻孔综合柱状图等各类图件、表格的自动化编绘,有效提高工作效率。接下来,还将紧紧围绕“四新”主攻“四化”战略,充分利用基于人工神经网络等的机器学习方法进行数据挖掘,构建“全体数据+三维结构+挖掘模式”的智能找矿预测新模式,形成在全流程中顺畅流转的勘查大数据链,为成矿预测和圈定找矿靶区提供智能化决策依据,助推贵州高质量发展。
作为“第六届全国专业技术人才先进集体”——贵州省锰矿资源预测评价科技创新人才团队的领衔人,2017年以来,周琦先后荣获我国地质科学领域最高奖——李四光地质科学奖、全国创新争先奖状、贵州省最高科学技术奖、 “首届贵州杰出人才奖提名”,入选国家百千万人才工程国家级人选和被授予“有突出贡献的中青年专家”称号、贵州省核心专家,在贵州省旅游资源大普查工作中做出突出贡献。