矿产资源定量评价方法综述

矿产资源潜力定量评价方法综述矿产资源定量评价体系是一项复杂系统工程，它包括地质、矿产、地球物理、地球化学、遥感和科研资料的汇集，建立空间数据库，成矿信息提取，信息的综合，成矿理论的应用，预测远景区的圈定和优化，以及远景区内潜在资源量的估算。由于地学数据复杂多样，其自身特征主要表现在：①地学自身具有多个分支学科、地学数据具有跨学科、多领域的性质；②类型多样，取样方法手段各异；③地学数据自身跨时间和空间；④地学数据具有层次性；⑤地学数据来源多样性；这些特征构成了地学数据的庞杂性和复杂关系。鉴于此，现行矿产资源潜力评价必须汇集多源地学信息，利用不同方法从不同角度提取各种信息，相互补充和相互验证，进行综合分析，提高评价精度。目前，建立地质、矿产、物探、化探、遥感资料的空间数据库，对成矿信息模型进行全面探索、对多源的地学信息综合分析、对不同类别的成矿信息做有机综合分析，应用当代的计算机技术和数学地质方法按信息论的方法对找矿靶区优选和综合评价，提出矿区外围的找矿方向，已经是当代矿产资源预测评价的发展方向。1国内外研究与发展过程国内外已经发展和应用了许多方法和技术进行矿产资源潜力定量评价研究。我国赵鹏大(2001)、朱裕生(1998)等将国内外矿产资源潜力定量评价方法研究和应用发展过程划分为以下三个阶段：1.1、试验探索阶段该阶段大体在20世纪50～70年代，主要特点是将概率统计及多元统计等定量方法用于矿产资源潜力定量评价；将评价对象或地区划分为等面积的网格单元或不规则的地质体单元，再根据已知有矿地区划分出“模型单元”，用于与“未知单元”进行“相似类比”(赵鹏大，2001)。50年代初，M.Allais较有代表性地提出了资源评价的概念，认为单元中矿床数服从泊松分布，以及在足够大的区域内，某种矿产资源量的分布大致相当于该种元素在地壳中的分布。美国地质调查局的一些资源评价专家根据许多矿床呈集中产出等特点提出利用负二项分布拟合单元内矿床数的分布。Dewigs提出了元素含量的分异模型，并先后发展了资源量估算的二项分布和对数二项分布模型，Brinck借用了Dewigs的思想，利用对数正态分布模型作为资源评价的基本概率统计模式，并正式运用于较大区域的资源总量估算。这些资源分布的研究方法属单变量研究范畴，都没有充分利用控矿标志等地质资料。60年代以来，人们开始使用多元分析方法进行综合信息处理和资源评价，JoneJ.Griffiths(1962)利用判别函数建立了矿产资源评价的判别模型。D.P.Harris等(1965)提出地质条件同矿床价值关系的统计模型，即贝叶斯准则下的多组判别模型。Blondel和Callot等(1961)提出了大区域内矿产资源的总合式资源评价理论，Griffths(1966，1967)通过堪萨斯的单位区域价值评价认为单位区域价值服从对数正态分布，即单位区域价值就是该分布的期望值，后来Labovitz和Griffiths等人将单位区域价值法研究开发成一套计算机程序系统。除单位区域价值法外，人们还着重探索了资源数量的丰度模型。Agterberg通过品位服从对数正态分布的假定，提出了一元丰度模型，并设计了根据高于边界品位的截尾分布及该元素的丰度值来恢复其整个分布形态的方法，据此估算资源总量。70年代以来，矿产资源评价领域较有代表性的研究工作有美国Harris的主观概率法和贝叶斯推理决策模型即专家系统，加拿大Agterberg的多元统计分析方法以及英国Brinck的丰度估计法。美国地质调查局Singer和Botbol等也开始使用和发展多种多元统计分析方法，进行矿产资源评价。比较引人注目的成果是Harris开始考虑资源评价的经济问题，他建立了矿产资源经济评价的地质统计学分析及计算机模拟模型，并发展了一套矿产资源潜力预测的贝叶斯意义下的推理决策模型，这里充分运用了专家经验，即建立了专家系统。将主观经验和客观事实有机地结合起来，构成了所谓的“主观概率法”，把资源定量估算同勘探成本等经济问题联系起来形成了一套完整且独特的资源—经济综合评价系统。Agterberg(1972)等利用和发展了许多多元统计分析方法解决资源评价问题，利用多元分析方法预测了阿毕提毕地区Cu和Zn的潜力，利用概率指标提取有利地质标志等，并在研究地质变量关系时使用了两步最小二乘模型。Brinck利用丰度法计算了世界铀资源并指出了矿产资源的分布及其可预测性，还研究了有色金属矿产资源和长期价格趋势的预测问题。在此期间，还有许多学者发展了其它评价方法。如Hubbert(1969)使用时率法估算了美国(除阿拉斯加外)的石油年产量和最终产量。Lasky于1950年就发展了累积吨位-品位法，来估计低品位的斑岩铜矿资源，后来得到Musgrove和Agterberg的进一步发展，并在最近被Cargill用于定量估计资源潜力的研究。至70年代末，国际地质对比计划第98项计划推出了6种标准的矿产资源定量评价方法，这标志着矿产资源定量评价己步入较成熟的实用阶段。1.2、全面发展阶段自20世纪70年代开始至90年代初，矿产预测工作在全世界发展起来，计算机信息技术在地质上得到了广泛应用，国内外研究开发了多套矿产预测评价实用软件平台，原苏联利用计算机技术在14个矿区开展立体填图、立体预测(朱裕生，肖克炎等，1998，2000)。在我国开展一轮、二轮成矿远景区划、10个矿种的总量预测等工作中完成矿产预测项目400余项、比例尺从1：150万至1：1万均有，矿种涉及煤、铁、铬、锰、金、银、铜、铅和非金属矿产54个，几乎遍及全国各地(朱裕生，肖克炎等，1998，2000)。随着航空、航天、遥感技术、地球物理、地球化学等找矿技术的广泛与成熟应用，尤其是计算机信息处理技术的推广应用，矿产资源预测评价进入一个全新阶段，无论从理论、方法学还是应用方面都取得很大进展，其代表性成果有：①80年代加拿大学者F.R.Agterberg以及美国学者Duda研制的矿产资源预测专家系统；②美国Harris和Mecammon等发展的一套矿产资源经济评价方法体系；③Harris等(1993)根据相对例外原理提出了应用“一致性地质单元”代替传统的“网格单元”的内蕴样品矿产资源定量评价方法；④Gorelov(1990)强调用地球物理信息定量圈定地质异常的作用，并利用重磁场组合异常指数研究矿田地质结构异常，圈定找矿可行地段，从而开辟了应用“非相似类比”法开展矿产资源潜力评价的新途径；⑤D.A.Singer等(1975)在美国地质调查局提出“三步式”矿产资源定量评价方法，到1993年进一步发展成为“三部式”矿产资源定量评价方法等。1.3、信息化快速发展阶段该阶段自20世纪90年代初开始至今仍在继续发展，主要特征是矿产预测中应用高新技术和地理信息系统(GIS)，采集多源地学信息，从地质、矿产、地球物理、地球化学、遥感等多学科的角度进行综合分析。评价工作全面实行数字化、数据库化、自动化和网络化，克服原有矿产预测评价数据分散、保存方法落后、操作原始、要求不统一、利用率低的多种弊病。现在已经不是某一部门、某一环节或某一工序局部应用信息技术问题，而恰恰相反，要求在地质调查的全过程广泛应用信息技术(赵鹏大，2001)。随着计算机技术和信息处理技术的发展，近来矿产资源潜力定量评价向综合化、模式化、定量化、可视化、动态化、系统化转移(肖斌，潘懋等，2001)。应用矿床地质数据和矿床自身的地球物理场、地球化学场及遥感特征，阐明矿床的定位条件，建立矿床的三维立体模型，实现矿床的三维可视化成为当前发展的新趋势。肖克炎等(2000，2003)指出应用当代的先进技术方法，特别是计算机技术、地理信息系统功能、多源地学信息处理技术和三维立体模拟技术建立矿床的可视化程度较高的立体模型，将成矿理论与勘查技术方法结合起来，开拓矿床勘查新途径，创立新理论、新技术、新方法在矿产勘查中应用的新实例，结合矿床地质研究，地质、物探、化探、遥感成矿信息提取和三维GIS技术应用是当代成矿预测的前沿课题。目前，我国已经将矿产资源评价项目和技术方法列入“数字国土工程”，并将其工作任务列入地质调查的中长期计划。我国己初步完成矿产资源评价的地质资料信息化处理，在矿产资源潜力预测评价这一领域中不仅与世界同步进入数字化、系统化和网络化发展阶段，还在三维可视化领域开拓了新的探索途径。在美国，矿产定量预测及评价领域的研究十分活跃，其特点是研究面广。在矿种上，既研究油气资源，也研究金属、非金属等固体矿产；在理论与方法上，既有综合分析性研究，也有个别技术及数学模型的研究，特别突出的是矿产资源评价与国土资源合理利用及环境保护问题统筹兼顾，Singer(1993)提出的“三部式”矿产资源定量评价法在这些方面已经获得比较好的应用效果。在俄罗斯，“预测普查组合”法资源定量预测及评价具有较大影响。该方法要求在地质勘查的每个阶段都将所要寻找的“对象”、这些对象或目标所具有的一套“标志”和为查明这些标志所采用的一套“方法”有机地、系统地加以组合，即根据地质勘查工作的不同阶段，按“对象-标志-方法”三要素进行系统找矿评价工程。在我国，先后不少学者从不同角度对成矿规律和成矿预测研究作出重要贡献，对地质勘探找矿起到重要指导和推动作用。例如:地质异常成矿预测理论与方法(赵鹏大等，1976,1990)；“三联式”成矿预测理论(赵鹏大等，2001)；矿床成矿系列与成矿预测(程裕淇、陈毓川等，1979)；区域成矿学理论(翟裕生,1999)；成矿系统及演化理论(翟裕生，1996，1999，2004)；大型-超大型矿床成矿及找矿理论(涂光炽，1988)；矿产资源综合信息定量评价方法(王世称，1990)；边缘成矿理论与成矿预测(孙启祯，1981)；地球化学块体及地球气深穿透理论与方法(谢学锦，1995)；“三源”成矿理论与成矿预测(曾庆丰，1986；季克俭等，1989,1999)；金属成矿省“景-场-相-床”等级体制成矿预测理论以及“双控论”与“合理域”相结合的矿产勘查评价模式(裴荣富，1994)；基于GIS固体矿产资源评价系统(肖克炎等，1999)；还有，“地慢热柱控矿理论”、“同位成矿理论”、“生物成矿理论”，等等；均不同程度地在指导找矿实践中发挥积极作用。2主要矿产资源定量评价方法概述随着矿产资源评价方法研究的不断深入和信息技术的迅猛发展，已经呈现出许许多多的评价方法，但不同评价方法都有各自特点及不同的要求。现在国内外常用的矿产资源定量评价方法主要包括以下几种：2.1、以多元统计分析为基础的矿床统计预测方法Agterberg(1974)指出矿床统计预测是把区域地质、成矿规律、地质数学信息和概念加以综合，并用计算机进行综合评价的工作。由此可见，它以总结成矿规律为基础，以数学为工具(主要是多元统计分析方法)，以计算机为手段。我国赵鹏大(1994，1998，2000)等经过多年的实践和探索，特别是在定量预测方面开展的大量工作基础上，系统总结出矿床统计预测的基本理论、准则和方法。将矿床统计预测的基本理论概括为相似—类比理论、求异理论、定量组合控矿理论。其中相似—类比理论是矿床预测的基础，要求详细了解国内外已知各类矿床的成矿条件、矿床特征和找矿标志；求异理论是矿床预测的核心，要求在相似类比的基础上发现不同层次、不同尺度水平、不同类型的异常；定量组合控矿理论是矿床预测的依据，要求掌握一切与成矿作用有关的因素及其表征。矿床统计预测的基本准则可以归纳为综合预测准则、尺度水平对等准则、矿床值分布律准则、定量预测准则、评价准则和发现率分析准则。它的基本步骤为：①划分单元；②确定预测目标；③控制单元的选择；④变量的取值、变换、构置及其选择；⑤预测方法的合理选用；⑥远景区的分级与选择；⑦精度评价；⑧靶区验证。根据预测的目的、范围、比例尺、内容、方式及成果的不同，可把矿床统计预测分为矿产资源总量预测和潜力评价、成矿远景区定量预测、矿床及矿体定量预测。2.2、“三联式”成矿预测及定量评价方法“三联式”成矿预测及定量评价方法是我国赵鹏大院士(2001)倡导