有关矿产资源评价新方法模型的探讨

(一)国外矿床模型研究发展概况
矿床模型的研究是随着矿床发现实践和成矿理论深化而发展起来的。从已有的文献资料来看，国外矿床模型研究的发展大体经历了3个阶段。
1.矿床模型的萌生和奠基时期
这一时期大致为20世纪30年代至70年代末。其基本特征是，以大量已知矿床为基础，总结出了一系列典型矿床的基本特征。
在矿床学研究的早期，虽然没有正式提出矿床模型的概念，但实际上早就从研究已知矿床的典型特征入手，查明控矿要素，探讨成矿过程，总结矿床成因，确定找矿标志，孕育着矿床模型的研究思路。例如，美国的W.林格伦、R.C.艾孟斯，瑞士的P.尼格里，挪威的J.H.L.伏格特，德国的H.斯奈德洪，前苏联的A.E.费尔斯曼、C.C.斯米尔诺夫、A.Г.别捷赫琴等，以各自的研究为依据，认为大部分金属矿床与岩浆热液作用有关，建立了以“岩浆－热液”成矿作用为主导的学说。这些观点逐步系统化，形成了岩浆热液成矿论，实际上这便是现今我们熟知的岩浆热液型矿床的矿床模型。以德国A.G.维尔纳为代表的水成论学派，认为所有的岩石和矿床都是从大洋水中沉淀形成的，大洋水中溶解有形成岩石和矿床的所有物质，当它们沿岩石裂隙渗透时，就在其中沉淀出矿石。后来，逐渐形成“侧分泌”成矿观点，进一步演变成了“层控”成因的新观点。这便是后来提出的“层控型矿床模型”。
到20世纪50年代，“模型”的概念和术语开始被采用，并见诸文献。例如在美国，当时已开始研究斑岩铜矿的蚀变和矿化分带模型，用于找矿实践，并在卡拉马祖等矿床的发现中发挥了作用。从60年代开始，使用矿床的描述性模型和成因模型进行矿产勘查和矿产资源区域评价，在科罗拉多钼矿带的扩大和阿拉斯加矿产资源评价中取得了成功。这种研究思路得到了学术界和管理部门的认可。1979年，美国在丹佛召开了“矿产评价讨论会”，将描述性勘查模型确定为评价美国本土矿产资源潜力的主要方法。
20世纪60年代和70年代，在澳大利亚，便有意识地建立了一些典型矿床的成因模型，并集中力量利用模型指出成矿环境，圈定找矿靶区。1960～1980年间，澳大利亚成功建立并应用的模型有:第三纪到现代红土准平原上的铝土矿矿床模型，元古宙条带状铁质建造中的块状赤铁矿矿床模型，超镁铁质熔岩流铜镍硫化物矿床模型，古生代火山岩中的铀矿矿床模型，以陆棚碳酸盐岩为容矿岩石的铅锌矿床模型，酸性火山岩中的多金属块状硫化物矿床模型，等等。
从20世纪70年代起，前苏联地质部和苏联科学院的许多研究所，也开始集中力量研究一些重要类型矿床的地质和地球物理模型。
应当提到的是，在 20 世纪 60 ～70 年代，板块构造学说的兴起和发展，给成矿理论和成矿模型的研究注入了新的活力。地质科学理论的重大创新推动着矿床模型研究的发展。到 70 年代末，矿产勘查发现了大量矿床，促进了现代矿床学框架的基本确立，同时也为矿床模型的研究和应用奠定了良好的基础。
2. 矿床模型研究和应用的发展时期
20 世纪 80 年代以来，在大量资料积累的基础上，矿床模型研究的规范化和系统化成为这个时期矿床模型研究的重要特征，并呈现出以下特点。
( 1) 总结性、综合性学术著作大量问世，研究水平明显提高
1981 年，美国地质调查局出版了 《Characteristics of Mineral Deposit Occurrences》，开始以专著形式总结矿床模型的研究成果。此后，不同国家相继出版了类似的总结性专著，且综合性大大提高。例如，1986 年，美国地质调查局 D. P. Cox 和 D. A. Singer 编著的 《Mineral Deposits Models》，总结了 111个国家 3900 多个矿床的资料，包括 87 个矿床类型的描述性模型和 60 个不同类型矿床的品位 － 吨位模型。1992 年，J. D. Bliss 主编的 《Developments in Mineral Deposits Modeling》对 1986 年之后美国矿床模型的建立和使用做了简要回顾。加拿大地质调查局于 1984 年出版了 《Canadian Mineral DepositTypes: A Geological Synopsis》( O. R. Eckstrand，1984) ，介绍了一些矿床类型的描述性模型。此后，加拿大地质协会于 1988 年和 1993 年先后出版了 《Ore Deposit Models》( R. G. Roberts and P. A. Sheahan)和 《Ore Deposit Models ( Ⅱ) 》( P. A. Sheahan and M. E. Cherry) 两本汇编，系统收入了加拿大矿床模型研究的最新成果，先后重印了 7 次。1998 年，《澳大利亚地质和地球物理杂志》编辑部组织大学、研究部门和矿业公司，针对澳大利亚的主要矿床类型撰写了 20 个找矿模型。这种趋势也延伸到发展中国家，例如，哈萨克斯坦于 2004 年以英文出版了 《Minerogenic Map of Kazakhstan》( S. Zh. Daukeev等，2004) ，介绍了 43 个典型矿床的地质特征和矿床模型。2007 年，印度出版了 《Exploration Model-ing of Base Metal Deposits》 专著 ( S. K. Haldar，2007) ，以印度元古宙锌矿资料为基础，与澳大利亚、加拿大的层状铅锌银矿床进行对比，系统地论述了矿床模型的理论、参数和实例 ( 表 1 －2) 。
表 1 －2 20 世纪 80 年代以来国外发表的矿床模型代表性著作


续表


从 20 世纪 70 年代末到 90 年代初，前苏联在金属矿床模型方面完成了先驱性的研究。例如，全苏地质研究所在 80 年代初以建造分析为基础，在前苏联境内划分出了 87 个构造建造带类型，为区域矿产预测提供了经验模型。矿床模型研究虽受到前苏联解体的影响，但其后又得到加强。例如，俄罗斯中央有色金属和贵金属地质勘探研究所 ( ЦНИГРИ) 参与专题研究的专家有 80 多位，1992 ～2002年 10 年内出版的专著就有 33 种，包括矿床模型图集、丛书，介绍建模的规程和方法 ( 表 1 －3) 。表1 －3 俄罗斯中央有色金属和贵金属地质勘探研究所出版的有关矿床模型的专著

世界找矿模型与矿产勘查

续表


资料来源: А. И. Кривцов 等，2005
注: * 丛书为 《贵金属和有色金属矿床模型》。
( 2) 多种形式推进矿床模型的研究与应用，实际效果显著
20 世纪 80 年代以来，矿床学和矿产勘查界的学术会议，都把矿床模型作为重要的讨论议题，对矿床模型的研究和应用起到了巨大的推动作用。例如，前苏联先后召开了 3 次 “全苏内生矿石建造成因模型会议”( 1980 年 5 月，1985 年 11 月和 1990 年 4 月) 。第一次会议通过对建模任务、内容、原则和方法的争论，明确了发展方向，为后来的模型研究奠定了良好基础。此后的两次会议，分别讨论了建立矿石建造和成矿系统的定性和定量地质 － 成因模型的一般原则和特点，以及以矿石建造和成矿系统的成因模型为基础的矿产预测方法原理。1985 年 9 月，美国和加拿大共同在利斯堡市召开了“公有土地矿产资源评价展望”专题讨论会，肯定了矿床模型是进行矿产预测和评价的主要方法，进一步推动了它的实际应用。
国际地科联 ( IGUS) 和联合国教科文组织 ( UNESCO) ，在推动矿床模型研究和应用方面发挥了独特作用。1985 ～1994 年间，他们联合组织了一个为期 10 年的 “矿床模型项目”( DMP) 。该项目的基本目标是，在发达国家和欠发达国家的地球科学家之间进行资料和技能方法的交流，对发展中国家的地质工作者进行培训，促进矿床模型在矿产资源勘查、评价、开发和管理方面的应用。1994 年以后，该项目又续作了一段时期。相关情况见表 1 －4。
有关矿床模型的文献在相关专业杂志上发表与传播，也有效地推动了矿床模型的推广和使用。1980 年以来，加拿大 《Geoscience Canada》 杂志开辟了矿床模型讲座，先后介绍了 12 个 20 世纪 70年代和 80 年代在北美流行的地质 － 成因模型。在国际地科联和联合国教科文组织的 “矿床模型项目”( DMP) 实施期间，每次讨论会提交的报告都发表在 《Episodes》杂志上，在世界范围内广泛传播。
( 3) 矿床模型研究内容扩展，应用范围扩大
随着各类地质观测数据的增多，矿床模型研究的内容不断扩展，研究参数不断增多，从传统的矿床地质描述模型扩展到地球物理、地球化学模型。随着研究内容的扩展，矿床模型的功能也不断增强，
表1 －4 国际地科联和联合国教科文组织共同组织的 “矿床模型项目”的主要活动 ( 1985 ～1994)


资料来源: C. G. Cunningham 等，1993，有修改从局部找矿预测扩展到区域找矿应用，从矿体定位扩展到区域矿产资源潜力评价。
( 4) 矿床模型定量化、智能化
20 世纪 90 年代以来，矿床模型向定量化、智能化方向发展。以信息技术为手段，以矿床模型为基础，建立了矿床模型数据库，并建立了适应不同比例尺预测和普查需要的自动化人工智能预测勘查系统。其中，最具有代表性的当属美国 “勘探者Ⅱ号”，促进了矿床模型研发与应用的定量化和智能化。当然，由于成矿作用复杂多样，矿床模型千差万别，矿床模型的定量化研究尚需不断探索和完善。
3. 矿床模型研究与应用进入新的历史阶段
20 世纪 90 年代以来，随着近地表易寻矿床的发现殆尽，地质工作者面临着寻找隐伏的、难识别大型和超大型矿床的任务，矿床模型研究也出现了新的局面。
( 1) 通过对超大型矿床的研究，拓宽矿床模型认识，建立了一些新类型矿床模型
进入 20 世纪 90 年代以来，全球范围内掀起大型、超大型矿床研究热潮，地质学家试图通过对超大型矿床的研究，确定有利于大型、超大型矿床的产出环境，制定相应的勘查准则，进而确定勘查战略。然而，研究表明，大多数超大型矿床与中小型矿床在成矿作用、主要找矿标志方面并没有本质的区别。
针对这种情况，地质学家另辟蹊径研究矿床形成过程，认识到成矿作用研究不能离开岩石圈与地幔演化，除了研究壳 － 幔相互作用外，还应注意研究岩石圈底面、软流圈上涌等对成矿作用的控制，更重要的是把成矿作用看作是地球动力学过程的一部分。为此，澳大利亚于 1993 年成立了地球动力学研究中心，试图通过对成矿作用与地球动力学演化关系的了解，增强矿业界发现矿床的能力。这被认为是成矿作用研究进入第三个里程碑的阶段 ( 施俊法等，2004a) 。为响应这个重大发展趋势，欧洲科学基金会亦于 1998 ～2003 年实施了 “地球动力学与成矿作用”研究计划。总之，成矿作用过程研究正在被纳入到地球动力学演化的总体框架中，从岩石圈深部壳 － 幔驱动到浅部地壳响应及环境变迁，从巨量物质及能量运移、聚集与浅部定位整体过程研究到大型矿集区及超大型矿床的形成、分布规律等，形成一系列与地球深部作用有关的成矿作用的新理论、新模型，例如，地幔柱成矿理论、碰撞造山成矿理论 ( 陈衍景等，2001; 侯增谦等，2003) ，等等。
与此同时，随着新矿床的发现、资料的增多和认识的深入，过去被认为独一无二的超大型矿床，现在却被认为是一种新类型的矿床，建立了新矿床模型。其中，以奥林匹克坝为代表的铁氧化物铜金型矿床 ( IOCG) ，现已被公认是一种遍及世界各地的新类型矿床。这种认识的变化有力地促进了矿产的勘查与发现。另一个实例是产在黑色岩系中的贵金属矿床，现在也被认为是一种重要的新类型矿床。
( 2) 对矿床模型性质、用途、效用进行反思与定向
在大型、超大型矿床研究过程中，矿床模型的应用遇到了极大的难题。对同一成因类型，甚至同一地区或同一构造环境的矿床作对比研究时，发现超大型矿床与小型矿床虽储量相差悬殊，但成矿地质条件十分相似，找矿标志亦十分类似，成因机制无本质区别，因此，专门寻找超大型矿床，尚缺乏独特的理论、显著的标志和有效的技术手段。同时，一些超大型矿床具有较独特的成矿地质特征，几乎是世界上独一无二的矿床，利用它们的成矿模型寻找类似规模的矿床，似乎难以如愿以偿。
从矿床发现史来看，有些勘查计划是按事先设定的成矿模型来组织工作的，虽然找到了矿床，却发现该矿床的实际模型并不是原来设定的理论模型。在一些工作程度较低的地区，尤其是在没有开展物化探工作的地区，单凭矿床理论模型判断该区的找矿潜力，存在很大的不确定性。在一些地区，尤其是隐伏区，尽管探测到与矿化有关的地质、物化探异常，但因矿床成因类型不明，往往很难下决心打钻验证。当然，大多数矿床是在明确已知成因类型后，系统收集与研究地质、物化探信息，从而实现找矿突破的。
基于上述认识，勘查者应该更加重视识别矿床的找矿标志，在矿床成因研究的基础上，深入研究矿床的各类找矿标志，进而指导同类矿床的找矿工作。可见，对矿床模型的研究明显具有理性回归的势头。
( 3) 找矿模型愈来愈受重视，综合研究正在加强
面对超大型矿床勘查的挑战和寻找隐伏矿、深部矿的难题，矿床模型的研究再次受到重视。尽管理论模型在指导找矿方面具有不确定性，但突出找矿信息的找矿模型在某种程度上不受矿床成因认识的影响，减少了勘查过程的不确定性，更受勘查者欢迎。随着深部找矿的重大发现，以矿床空间分带( 或地质标志) 为主要对象，建立了一些矿床地质找矿标志模型; 以地球物理、地球化学异常为主要参数，建立了一批物化探找矿模型。目前，以地质成因模型为基础，以地质、地球物理、地球化学标志为重点，正在不断地加强综合研究，推进矿床模型向纵深方向发展。
( 二) 中国矿床模型研究的发展概况
我国是世界上研究矿床模型最早的国家之一。20 世纪 30 年代，老一辈地质学家就对矿床分类和代表性矿床的特征作过描述，如谢家荣等 ( 1935) 在 《扬子江下游铁矿志》中对凹山式、南山式、凤凰山式、长龙山式等铁矿类型的划分和典型矿床的描述，实质上是我国建立铁矿床描述性模型的开端，这便是原始矿床模型的基础。
在大量已知矿床研究的基础上，20 世纪 60 ～70 年代，提出了一系列描述性模型，揭示矿床立体结构及空间共生关系，例如，南岭钨矿石英脉 “五层楼”模型、长江中下游 “玢岩铁矿”模型、江西九瑞地区“三位一体”铜矿模型，等等。
程裕淇等 ( 1979) 提出了成矿系列理论，将单个矿床模型研究扩展到了区域成矿模型研究，丰富和发展了成矿模型研究。后来，进一步发展成为具有中国特色的 “成矿系列”、“成矿系统”、“成矿谱系”等理论体系 ( 陈毓川等，2007) 。
20 世纪 80 年代以来，我国出现了大量涉及单个矿床的成矿模型和找矿标志的文献，但总体来说，资料分散。为推动国内矿床模型的研究，原地质矿产部情报研究所在 《国外地质科技》刊物上刊登了 “国外成矿模式”专题讲座，并于 1988 年和 1990 年分别编辑出版了 《矿床模式专辑》和《矿床模式专辑 ( 续篇) 》( 表 1 －5) 。
表1－5 国内有关矿床模型研究的重要专著


1990 年和 1991 年，中国地质科学院成矿远景区划室组织专家编写了 《矿床成矿模式选编 ( 一、二) 》，将不同时期、不同单位建立的成矿模型按照统一要求，以当时最新的研究成果为基础，建立了一系列典型矿床模型。1991 年原中国地质矿产信息研究院与俄罗斯矿物原料和地质勘探工作经济研究所合作，开展了 “矿床局部预测、普查和勘探工作中矿床模型的建立与应用”的研究，出版了《世界不同地区矿床模型的建立和应用》( 吴承栋等，1992) 。
20 世纪 90 年代以来，原地质矿产部、原国家科学技术委员会十分重视找矿模型研究，组织全国地勘行业联合攻关，开展了地质、地球物理、地球化学模型的综合研究，先后出版了一系列专著( 表 1 －5) ，标志着我国矿床模型研究进入一个新的阶段。
进入 21 世纪后，随着国土资源大调查实施，国家加大了对矿产勘查和研究的力度，又先后启动了 “大规模成矿作用与大型矿集区预测”、“中亚造山带大陆动力学过程与成矿作用”、“印度与亚洲大陆主碰撞带成矿作用”、“华南陆块陆内成矿作用: 背景与过程”、“华北大陆边缘造山过程与成矿”等 5 个国家基础研究计划，丰富和发展了一系列成矿理论模型。
2007 年和 2008 年，先后在武汉和昆明举办了 “矿床模型及矿产勘查” 讲座。讲座由中国、美国、加拿大、澳大利亚的专家主讲，其内容涉及喷气沉积型 ( SEDEX) 矿床、密西西比河谷型( MVT) 矿床、砂岩容矿型、造山带型金矿床，以及斑岩铜矿床和澳大利亚北部层控铅锌银矿床的主要地质特征。
我国矿床模型研究取得了重要成果和找矿效果，一些优势矿种 ( 如 W、Sn、Sb、Mo、REE 等)和典型矿区 ( 云南个旧锡矿区、东川铜矿区、金顶铅锌矿区、广西大厂锡多金属矿区、长江中下游铜铁成矿区、陕西金堆城和河南滦川钼矿区、胶东和秦岭金矿区、赣南钨矿区等) 的矿床模型研究引起了世界上的广泛关注。
另外，近年来随着危机矿山特别找矿计划的实施，我国在已知矿山深部和外围发现了一批新矿床( 体) ，发现一批新类型、新组合矿床，丰富拓宽了矿床模型研究的视野和内容。

矿产资源概略研究，是指用地质勘查阶段所获得的地质信息对资源的禀赋收益能力所进行的评价。即以内生经济性为主，外部经济性为辅的评价。评价的最主要成果是获得原地储量。下文阐述的问题有四:其一是开展概略研究阶段的经济评价办法的起因，其二是采用资源地质信息进行经济评价的可行性，其三是如何进行概略研究(即概略评价的方法)，其四是概略评价方法的可操作性。
1.开展概略研究阶段的经济评价办法的起因
煤田地质系统开展概略研究阶段的经济评价办法的起因是:1987年由国家计委、国家经委和全国储量委员会颁发试行了《矿产勘查各阶段矿床技术经济评价暂行规定》;接着地质矿产部下发了《矿产普查—详查阶段矿床技术经济评价实施细则》，规定自1988年1月1日起，矿产普查、详查和勘探(精查)三个阶段应当分别开展矿床技术经济评价工作，并规定矿产资源地质报告的第九章对资源进行技术经济评价。由于经济评价工作以往均是在获得相应地质成果的基础上由矿山设计部门进行评价，因此研究一套适合地质勘查阶段的经济评价办法成为十分迫切的任务。本书提出的概略研究办法，在1999年作者的专著《煤炭资源评价探析》中首次提出，又在2001年《中国煤炭资源有效供给能力态势分析》一文中加以补充和完善，是属于在地质勘查阶段进行经济评价的方法，它一方面与地质勘查工作内容不同，另一方面又与地质勘查工作相衔接，同时还可以由地质勘查单位完成。
2.采用资源地质信息进行经济评价的可行性
下面以煤炭资源为例，对使用地质勘查信息进行评价的可行性予以说明。煤炭工业部技术咨询委员会于1992年开展的“矿井综合评价及分类”研究中，应用层次分析法建立了评价指标体系，对各指标的相互关系及重要程度，通过理论分析和专家调查相结合而确定，进而得出“影响煤矿投入产出因素权重系数示意图”(图5-1)。从图中可知:①影响投入的因素中，地质因素的权重值是0.79;②影响产出的因素中，地勘阶段获得之信息的权重值是0.50;③在总的投入产出的影响因素中，地质勘查阶段获得之信息即地质因素的权重值占总值的0.70。因此，在地质勘查阶段进行技术经济评价，其可靠性可达70%。因此可以说，用地质勘查阶段所获得之煤炭资源信息，来评价其开采的经济性，其结果是可信的。

图5-1 影响煤矿投入产出因素权重系数示意图

3.概略评价的方法
概略研究工作的承担部门与可行性研究的承担单位有很大的不同，概略研究工作一般是由地质勘查单位来完成，而可行性研究一般是由设计部门或国家承认的具有相应资质的单位来完成。这个问题的重要性在于:一是地质勘查单位有能力并有资格开展资源经济评价，通过评价认识矿业权的价值，进而维护自己的权益;二是以地质勘查阶段获得的资料为基础，经概略研究可以快速获得矿产资源的原地储量，进而提高国家宏观调控的效率。因此制定概略研究的方法则成为问题的关键。煤炭地质部门从1995年开始对此问题进行研究。通过研究煤炭资源的经济运行规律，将煤炭资源地质信息中与开采效率相关的内容，经综合评判且按复杂程度将其分为一、二、三、四、五等。通过对现有数百个生产矿井等别与开采成本、等别与矿井生产能力、设计产能与投资以及煤质与价格等实际资料进行统计分析，建立定性和定量经济评价模型，进而制定了《煤炭资源地质勘查阶段技术经济评价方法(草案)》，即本书补录中所列之《煤炭资源概略评价办法》。
4.概略评价方法的可操作性
2001年煤炭地质总局在《中国煤炭资源有效供给能力态势分析》的研究报告中提出了《煤炭资源地质勘查阶段技术经济评价方法(草案)》。自2002年起，先后有云南省、黑龙江省、安徽省、河北省、重庆市、四川省、河南省、贵州省等省市，运用这种方法开展了全省(市)的和矿区的煤炭资源的有效供给评价，2006～2008年国土资源部委托中国煤炭地质总局开展的“首批煤炭国家规划矿区资源评价”课题研究工作，也使用此办法。实践证明这个办法简单易行、操作性强，评价结果可信度较高。

一、“三步式”矿产资源潜力评价方法

“三步式”矿产资源评价方法是美国USGS目前推荐使用的一种未发现矿产资源的潜力评价方法，它在1975年就开始探索(Nokleberg，2002)，在20世纪90年代形成较为完善的方法体系，并在美国本土矿产资源评价中作为标准方法得到使用。我国学者赵鹏大等(1994)较早介绍了该方法。“三步式”(THREE-PART)评价方法按英文翻译应该是赵鹏大翻译的“三部式”，但它确实又是有先后顺序的3个有机部分。USGS修正的“三步式”评价方法框架图如图1-1。

美国地质调查局Warren J.Nokleberg在“Metallogenic analysis as an integral part of themineral resource assessment”项目中对MA与QMRA方法给予了深入的剖析。正如图1-1所述，“三步式”评价方法包括3个大的步骤：

图1-1 修正的USGS三步式评价方法图

1)圈定成矿远景区带；

2)估计成矿远景区带的可能矿床个数的分布；

3)使用世界范围的预测矿种类型的标准品位吨位模型，进行资源潜力的定量估计。

在上述三步中，最重要的是第一步。在该步工作中Warren J.Nokleberg又给出6点具体工作步骤，包括：

1)定义关键标准术语；

2)编制地质构造建造地图；

3)系统描述和研究地区矿床特征模型，以期总结评价区可能的矿床类型；

4)归纳和总结矿床模型和找矿模型；

5)圈定含有已知矿床、矿点的成矿远景区；

6)根据总结的成矿区带找矿模型圈定未发现已知矿床的远景区。

在圈定成矿远景区带方面又有两种不同的方法，即以上述6项工作为基础的矿床成因模型法和信息合成综合的定量评价方法(图1-2)。在信息合成综合的定量评价方法中他们既使用特征分析和证据权法，又使用了非线性神经网络技术，从而提高预测评价的精度和灵活性。

从上述说明，我们可以发现三步式矿产资源评价并不是一个什么全新的评价方法，它不过是一些有效方法的集成组装。我国在20世纪80～90年代广泛开展的二轮成矿远景区划和中大比例尺成矿预测中同样广泛使用综合信息矿产资源成矿规律编图、综合信息找矿模型建立和基于蒙特卡罗计算机定量模拟等，而且在使用综合信息进行区域三维立体成矿规律研究方面是走在前面的。但有两个成果是值得我们借鉴的：①一致的区域构造建造编图；②标准的矿床模型和品位吨位模型。以往我们在开展资源定量评价中往往是使用地区的品位吨位模型，这样一个地区一个结果，而且产生“领导资源量”，研究矿床模型的专家往往不太介入具体的评价预测资料分析工作，使模型和预测相对脱节。

图1-2 基于信息合成综合定量评价

二、“三步式”矿产资源潜力评价方法构造建造编图问题

各种成矿学说都表明矿床不是自来之物，它与一定地质环境和地质建造有关。“导致矿床的产生，特别是内生矿床的成矿作用是地壳历史发展的统一而复杂作用过程的一个方面，它在其历史发展过程中，与地质作用其它方面即沉积作用、构造运动、岩浆活动和变质作用有着最密切的关系。矿化作用可以而且应该从其历史发展和与地壳地质发展作用过程的所有其它方面相互联系的角度进行研究”(毕利宾)。前苏联学者从地质建造出发强调矿床是地壳不同大地构造(地槽、地台、岩浆构造活化)发展演化的结果，一定矿床是特定的地质构造产物，不同构造建造单元的矿床产出类型有根本区别。在地槽发展早期主要是铜、镍、铁等矿床，而在地槽晚期则主要是与岩浆活动有关的中、低温多金属矿产。在地台区沉积盖层金属矿床主要是层控低温矿床和一些与碱性岩有关的矿产。以板块成矿学说为代表，欧美地质学家也十分强调一定大地构造环境对矿床的控制作用，他们主要采用将今论古方法，根据现代大洋洋脊、岛弧火山及大陆裂谷等不同成矿环境来认识地质历史发展过程中不同成矿地质构造环境。著名的斑岩铜矿及与海底火山作用有关的黑矿被认为是大洋板块俯冲的结果，非洲南德特大型金铀矿床则认为是古老克拉通成矿环境的产物，而一些大型金刚石矿床被认为是大陆裂谷环境的产物。查·赫奇逊在《大地构造环境与成矿作用》一书中较系统地论述了各种构造环境成矿作用，可以看出尽管不同成矿学派的出发点不同，但都强调构造环境对矿床生成起着制约作用。

成矿地质构造环境编图在“三步式”资源评价中占有极其重要的地位，是进行各种预测最基本的出发点。一方面通过编图可以认识研究一定的构造环境分区、构造环境地质建造的演化以及相关的矿产的可能分布；另一方面在标准的矿床模型中，构造环境是一个重要的圈定成矿远景区的标准准则。在“三步式”资源评价中构造环境底图目前已相当精细，不仅要反映大的构造分区，如地台、克拉通、岛弧等，还要表达不同构造环境的物质组成(李锦轶)。在地质底图中还应表达矿床模型涉及的标志单元，如在注意区分认识区域不同地质环境成因California低硫石英脉矿床评价中，在编图中重点表达了低区域变质的沉积火山岩建造、成矿建造及成矿建造系列(Singer，Cox)。

三、“三步式”矿产资源潜力评价方法多元勘查信息综合应用问题

Warren J.Nokleberg(2002)指出在成矿地质底图编制中应该加强多元勘查信息的解译和应用。地球物理、地球化学和遥感等勘查技术获取的信息对隐伏地区矿产和深部构造、岩体的识别有重要作用。

地球化学预测起始于前苏联，主要研究一定区域内成矿作用元素及其组合在时间和空间上的分布特点。目前地球化学预测主要有求异方法和综合方法。求异方法主要是在考虑地质背景前提下充分研究各种地球化学异常的性质、研究评价地球化学异常的性质结构，进而选出最有利的异常区。综合方法主要是充分利用区域地球化学资料研究元素在不同地质建造中的表现形式，分析区域成矿地球化学规律进而进行地化预测。这两种分析预测途径都是可取的，它们对提高预测水平十分有效。

地球物理预测主要是通过研究地球物理异常与分析矿床与地球物理场关系两个方面进行。对于某些特殊类型的矿种(铁、放射性铀矿等)直接研究地球物理异常无疑是十分有效的预测方法。在矿区利用井中电磁波法能够圈定某些漏掉的有色金属矿体，激发极化法和视电阻率法是矿区寻找金属矿体的有效方法。然而在区域预测中对大多数矿床来说地球物理预测法永远只是一种间接预测方法。由于地球物理方法的“穿透性”特点，它能够提供有效的深部隐伏地球物理大地构造信息，通过物探资料能够分析地质建造结构、深部变化、界面等。各国学者都十分注意利用地球物理信息进行成矿分析。在前苏联安德列耶夫认为负重力异常与地槽带相对应，而正异常则与地台区相对应，并得出在正重力异常有铜、金矿床，在负重力异常有锡、钨矿床；穆石敏根据地球物理资料研究了中国华北大地构造特点，并进行了矿产初步预测；王懋基通过地球物理资料研究认为钨-锡成矿与岩石圈低密度有关，表现为重力低，而铅锌矿化主要在重力异常梯度带上。更多的地质学家强调利用地球物理资料研究区域地质构造发展演化特点，特别是利用地球物理信息的穿透性，识别大量的隐伏构造，研究各种构造的相互依存关系，研究构造的规模大小、延深、期次、序次等，并与区域成矿作用研究结合起来，查明成矿时各种构造(包括隐伏构造)进而开展区域成矿预测。例如王世称在华北地台金矿预测中就广泛利用航磁重力信息，研究金矿资料体的磁场、重力场特征，并以此建立综合信息找矿模型。

随着高分辨率航天仪的出现，遥感信息预测也愈来愈受到人们的重视。由于遥感信息的穿透性和总和性特点，对区域成矿线性构造、环形隐伏构造识别特别有效，无疑地遥感航天预测可以通过研究区域构造的(特别是线性构造)展布及构造复杂程度(等密度图)与矿产分布关系来进行科学预测。近来美国、加拿大利用遥感信息直接预测找矿取得了经验，他们主要是利用红外波段(1.65μm及2.2μm、Tm5及Tm7)对矿化蚀变进行显示，Tm5对铁矿化有强烈的反映作用，而Tm7 波段对热液矿化、泥质粘土却有强烈的吸收，这样利用Tm5/Tm7可以较好判别有强烈热液蚀变的矿化显示。

地球化学、地球物理、遥感预测的预测标志因素具有明显多解性，据美国矿产局调查，10万个化探异常与矿点、矿床之比为100∶4∶0.7，可见化探异常出现受许多非矿化因素制约，例如有剥蚀水平、地表景观影响等。地球物理异常的多解性更为人所知，电磁波法异常不仅与富矿、漏矿有关，也可能与一些富水断层有关。遥感信息Tm5/Tm7图像矿化指标却受到不同岩性、植被强度的影响。因此这些方法与地质预测的有机结合以及这些异常标志的及时验证对预测是至关重要的。为了减少这种物化遥信息使用的多解性带来的风险，王世称多年总结的以地质直接信息为先验前提，科学进行综合信息矿产资源编图方法是一种可行的方法。

四、“三步式”评价定量方法的几个问题

1.关于使用远景区矿床个数问题

在“三步式”评价中未发现的矿产资源潜力数量=远景区可能的矿床个数×该类型的矿床品位×该类型矿床吨位，品位和吨位可以由标准矿床模型得到，但远景区矿床个数却是需要估计的。我们发现估计矿床个数与我们国家经常使用的直接用回归方法或逻辑信息法预测资源量同样困难。就此问题我们在研究中向Singer求教，我们的问题是这样的：

Dear Dr Singer：

I have study your data of Chinese porphyry deposits.I found these may have some question.First some deposit type may be skarn type, secondly there are too many deposits in Tibet that are not important.I have a question about three parts methods，the number of deposits in the tracts is the same difficulty to estimate with the metal resource.Why not estimate the metal resource directly，do not use number×grad×tonnage?

Singer的回答是：的确估计矿床数和估计资源量同样是一件困难的事，但使用品位吨位模型可能对估计资源量的经济评价有一定的参考。

2.关于TRACT问题

在矿产资源定量评价中，评价预测单元划分是一项重要工作，通常单元有网格单元(GRID)、地质单元(IGU)、靶区(TARGET)等概念，在“三步式”评价中使用了“TRACT”，究竟“TRACT”是什么级别的成矿远景区?Warren J.Nokleberg(2002)有较明确的解释。TRACT是受某特定构造事件控制的(如岩浆弧、碰撞带等)可能产生一组有成因联系的矿床组合的区域，相当于MA分析的BELT。TRACT边界可以是重要的构造边界或含矿岩系范围，在TRACT外不太可能有该类型矿床存在，边界是非规则的。和我国成矿区带比较，BELT相当于我国3～4级成矿区带，因此TRACT评价是一种小比例尺的战略评价工作。

3.品位吨位模型问题

Singer给我们提供了世界标准斑岩铜矿品位吨位数据。我们使用MRAS软件进行了对比研究，发现我国斑岩铜矿品位吨位模型的统计分布和世界斑岩铜矿一样，都服从正态分布。但如果使用世界斑岩铜矿作为MARK3软件的模型样本则估计的铜矿资源量较使用我国模型高一倍。由此我们向Singer提出我国斑岩铜矿品位吨位模型和世界不一样，Singer提出了品位吨位模型研究3点意见：小于4.5Mt矿石的斑岩铜矿不应该进入模型；所有2km²的铜矿储量要加起来；要进行T检验。

4.经济成本滤波器模型

在矿产勘查市场经济社会，矿产的市场价格对矿产资源量的估计有一定的影响，市场价格上升使降低一定的品位也可能产生采矿利润。经济成本矿产资源评价在北美研究得较为深入，Harris有专著论述，从文献看USGS已在MARK3软件中加入了经济成本滤波器模块，但目前还没有相关的文献可以参考。经济成本滤波器模型可用图1-3表达，可以看出研究此类问题还需要知道目前哪些矿床由于经济原因不能开采，在我国目前还没有这方面的材料，所以本次对该问题研究较少。

图1-3 矿产资源评价经济成本滤波器概念模型

5.专家系统和数字矿床模型

数字矿床模型是本项目首次提出的新概念(见本项目2001年工作设计)。在此之前赵鹏大提出了数字找矿模型，该概念内涵是应用定量方法建立矿床与多元地质信息的关系，和本项目提出的数字矿床模型有一定区别。在立项时主要提出建立铜、金矿床的数字知识库，主要是参照了澳大利亚地质调查局Lesley Wyborn等(1995)编写的在已知矿床不多的地区运用GIS进行矿产资源勘查评价的模型，试图将专家系统与GIS技术结合起来。2002年在USGS的网页上正式见到Singer领导的资源评价项目组提出的Digital Deposit Model研究方向。

澳大利亚地质调查局Lesley Wyborn等首先从成矿系统(图1-4)出发在专家系统知识基础上，使用ARC/INFO平台开发了相应的评价方法。其工作原理如下：

(1)第一步

在这个“矿化系统”中总结了澳大利亚矿床的知识，将其作为区域“矿化系统”的组成部分，形成某种类型矿床必要的关键因素，并在GIS中可用数字图形条件表示。矿床首先应被考虑为区域到矿田不同尺度的“矿化系统”，然后分解成局部的、矿田的、区域的不同尺度图形条件。对于矿床生成的必要条件(如氧化流体、温度、母岩组分)，必须转化为能够为GIS所能表达的特征(如蚀变带、变质组分、交代岩体类型等)。在一个“矿化系统”范围内，就有可能运用矿床模型发现更多的矿床，特别是与已知矿床类型相同的矿床。

图1-4 矿床知识库的成矿系统模式库

(2)第二步

开发高质量的地学GIS应用数据库系统，将上述图形表示的地质条件转化为可查询的属性。

(3)第三步

开发对上述GIS系统进行分析的资源潜力评价的方法系统。该方法系统并不依赖要求已知矿床要达到一定的数目，因此综合分析的结果可看作是一种统计依据。已开发的GIS分析技术有3种不同的、但又互为补充的方法：第一种方法体系实际上是基于已知矿床或矿化系统特征的数字化数据库的专家系统；第二种体系是用户可交互式圈定有潜力地区的分布图；第三种方法对已知矿化区(或被考虑有潜力的异常区)的周围区带进行研究，然后确定在GIS所有图层内这些区带的具体地方表示。

上述基于地质模型金属成矿分析方法的关键问题是怎样将矿床模型在计算机上进行表达，怎样将矿床模型知识与GIS空间数据库联系起来。只有当数字化地图及数据库被有效地建立，只有当矿床模式的矿化系统以可图示化标准来表达，而不是用温度值、压力和流体化学表示时，在GIS平台上发展的方法学才不会受局限。

根据上述思路我们总结了本次数字矿床模型的研究思路，即开发定矿床类型、定矿床远景区位置和远景区成矿有利性优选的数字矿床模型评价系统。

自从USGS 1980年首次研制成功PROSPECTOR斑岩铜矿专家系统，并找到斑岩钼矿以来(Duda等，1981)，矿床勘查评价专家一直十分重视矿床专家系统的研究工作，1986、1994年MacCammon又将Singer等建立的全球86个标准矿床模型的知识库数字化。当前，将GIS技术、地学空间数据库与专家系统结合仍然是矿产资源评价的重要热点研究方向，根据专家知识从海量GIS空间地学数据库挖掘有用信息是今后地学信息技术发展的重要方向。