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基于XLNET模型的开阳磷矿成矿条件相关地质实体识别与应用

彭彬 田宜平 曾斌 吴雪超 吴文明

彭彬, 田宜平, 曾斌, 吴雪超, 吴文明. 基于XLNET模型的开阳磷矿成矿条件相关地质实体识别与应用[J]. 地质科技通报, 2024, 43(4): 224-234. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20230543
引用本文: 彭彬, 田宜平, 曾斌, 吴雪超, 吴文明. 基于XLNET模型的开阳磷矿成矿条件相关地质实体识别与应用[J]. 地质科技通报, 2024, 43(4): 224-234. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20230543
PENG Bin, TIAN Yiping, ZENG Bin, WU Xuechao, WU Wenming. Recognition and application of geological entities related to ore-forming conditions in the Kaiyang phosphate mine based on the XLNET model[J]. Bulletin of Geological Science and Technology, 2024, 43(4): 224-234. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20230543
Citation: PENG Bin, TIAN Yiping, ZENG Bin, WU Xuechao, WU Wenming. Recognition and application of geological entities related to ore-forming conditions in the Kaiyang phosphate mine based on the XLNET model[J]. Bulletin of Geological Science and Technology, 2024, 43(4): 224-234. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20230543

基于XLNET模型的开阳磷矿成矿条件相关地质实体识别与应用

doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20230543
基金项目: 

中央引导地方科技发展资金项目“锰矿资源深部预测勘查技术研发基地” 黔科中引地[2021]4027

“贵州磷、锰、铝优势资源成矿规律与快速高效智慧化勘查技术研究及示范项目” 黔科合战略找矿[2022]ZD003

“贵州磷、锰、铝优势资源成矿规律与快速高效智慧化勘查技术研究及示范项目” [2022]ZD004

智能地学信息处理湖北省重点实验室2022年度开放研究课题 KLIGIP-2022-B05

2021年度生物地质与环境地质国家重点实验室自主课题 128-GKZ21Y647

详细信息
    作者简介:

    彭彬, E-mail: 2499029434@qq.com

    通讯作者:

    田宜平, E-mail: yptian@cug.edu.cn

  • 中图分类号: P619.21

Recognition and application of geological entities related to ore-forming conditions in the Kaiyang phosphate mine based on the XLNET model

More Information
  • 摘要:

    随着磷矿找矿难度越来越大, 地质勘探成果报告也愈来愈多, 通过人工识别海量文档中与磷矿成矿相关地质信息耗时低效, 无法满足知识共享传播和地质报告智能管理的需求。为快速获得磷矿地质文档报告中隐藏的成矿地质知识, 基于XLNET模型建立了磷矿成矿地质实体自动识别的方法。首先对实体进行BIO标注建立地质实体字典, 利用XLNET作为底层预处理模型学习句子双向语义; 然后使用BILSTM-Attention-CRF模型实现文本多标签的智能分类; 最后通过定位磷矿实体在报告中的分布位置大致推测该处磷矿成矿条件和成矿模式。将该模型与其余3种模型比较得出结果, 该模型识别的准确率(P)、召回率(R)及F1值都接近了90%, 较前3种模型分别调高了2%, 5%, 6%。该研究为开阳磷矿地质研究人员提供了更加高效的地质实体自动识别的方法。

     

  • 图 1  Transformer-XL循环机制

    Figure 1.  Transformer-XL loop mechanism

    图 2  基于文本的地质实体识别方法技术路线

    Figure 2.  Technical flowchart of the proposed text-based geological entity recognition

    图 3  模型架构及算法流程图

    Figure 3.  Model architecture and algorithm flow chart

    图 4  实体类别数量分布(符号含义见表 12,下同)

    Figure 4.  Distribution of the number of entity categories

    图 5  模型损失值变化趋势

    Figure 5.  Change trend of the model loss value

    图 6  不同实体识别热图

    P.准确率;R.召回率

    Figure 6.  Different entity recognition hot renderings

    图 7  交互式磷矿地质实体识别平台

    Figure 7.  Interactive phosphate geological entity recognition platform

    图 8  实体和属性类型知识图谱

    Figure 8.  Knowledge graph of the entity and attribute types

    表  1  磷矿实体标签

    Table  1.   Phosphate ore entity labels

    标签 实体类型
    KQ 矿区
    KC 矿床
    KD 矿段
    KT 矿体
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    表  2  磷矿实体属性标签

    Table  2.   Phosphate ore entity attribute labels

    标签 属性类型
    LX 类型
    GM 规模
    SJ 时间
    KJ 空间
    DC 地层(或断层)
    KKGZ 控矿构造
    CZ 产状
    XT 形态
    SBLX 蚀变类型
    DLGM 定量规模
    FYCD 发育程度
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    表  3  磷矿实体语义关系标签

    Table  3.   Phosphate ore entity semantic relationship labels

    标签 实体类型
    R1 (时间) 4种实体和时间
    R2 (包含关系) 4种实体之间
    R3 (类型与规模) 4种实体和类型与规模
    R4 (空间) 4种实体和空间
    R5 (基本特征) 4种实体和产状、形态、蚀变类型、定量规模、发育程度
    R6 (赋存部位) 4种实体和地层(或断层)、控矿构造
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    表  4  磷矿实体属性关系标注示例

    Table  4.   Phosphate ore entity attribute relationship annotation example

    实体 实体或属性 关系类型
    洋水矿区(KQ) 西翼(KJ) R4
    洋水矿区(KQ) 浅-滨海相沉积磷块岩矿床(KC) R2
    洋水矿区(KQ) 隆起(KKGZ) R6
    洋水矿区(KQ) 深度30~500 m(DLGM) R5
    洋水矿区(KQ) 南沱冰期(SJ) R1
    洋水矿区(KQ) 海侵(SBLX) R5
    洋水矿区(KQ) 层状(XT) R5
    洋水矿区(KQ) Ⅴ号矿体(KT) R2
    洋水矿区(KQ) Ⅵ号矿体(KT) R2
    Ⅴ号矿体(KT) F11(DC) R6
    Ⅴ号矿体(KT) 下盘(KJ) R4
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    表  5  实验环境参数

    Table  5.   Experimental environment settings

    操作系统 CPU 内存 硬盘容量 GPU
    Linux AMD EPYC 7543 80GB 80GB A40
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    表  6  模型参数列表

    Table  6.   Model parameter list

    LSTM隐层维数 最长序列长度 批次大小 AdamW学习率 Dropout
    1 024 128 36 3×10-5 0.5
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    表  7  不同模型地质识别效果

    Table  7.   Geological recognition effect of different models

    模型 准确率P/% 召回率R/% F1值/ %
    迭代400次
      BiLSTM-CRF 76.41 73.74 75.05
      BERT-BiLSTM-CRF 79.52 78.01 78.76
      XLNET-BiLSTM-CRF 82.38 83.29 82.32
      XLNET-BiLSTM-Attention-CRF 85.75 86.91 86.32
    迭代800次
      BiLSTM-CRF 84.59 83.11 83.85
      BERT-BiLSTM-CRF 85.43 84.23 84.83
      XLNET-BiLSTM-CRF 87.51 88.73 88.12
      XLNET-BiLSTM-Attention-CRF 89.03 90.86 89.94
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    表  8  地质实体识别结果

    Table  8.   Geological entity recognition results

    实例 原文信息 人工标注实体 模型识别实体
    例一 两岔河矿段位于洋水背斜西翼中北部 KD:“两岔河矿段”, KJ;“洋水背斜西翼中北部” KD: “两岔河矿段”;KJ: “洋水背斜西翼中北部”
    例二 目前该矿脉已探明Ⅰ号、Ⅱ号、Ⅲ号矿体 KT:“Ⅰ号”“Ⅱ号”“Ⅲ号” KT:“Ⅰ号”“Ⅱ号”“Ⅲ号”矿体
    例三 工作区出露地层主要为青白口系鹅家坳组 DC:“青白口系鹅家坳组” DC:“青白口系鹅家坳组”
    例四 贵州省开阳磷矿洋水矿区两岔河矿段(南段)磷矿勘探 KT:“磷矿”; KQ;“洋水矿区”; KD;“两岔河矿段” KT:“磷矿”;KQ:“洋水矿区”;KD:“两岔河矿段”
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    表  9  模型在扩大训练集规模之后的地质实体识别结果

    Table  9.   Geological entity recognition results of the model after expanding the training set

    训练集规模 P/% R/% F1值/%
    5万余字 91.36 94.67 92.99
    7万余字 93.42 95.36 94.38
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-09-25
  • 录用日期:  2024-03-21
  • 修回日期:  2023-11-23

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