成礦預測的發(fā)展現狀及趨勢

劉林，芮會超

(1.陜西省礦產資源勘查與綜合利用重點實驗室，西安 710054; 2.陜西省地質礦產勘查開發(fā)總公司，西安 710054; 3.長安大學地球科學與資源學院，西安 710064)

成礦預測的發(fā)展現狀及趨勢

劉林1，2，芮會超3

(1.陜西省礦產資源勘查與綜合利用重點實驗室，西安 710054; 2.陜西省地質礦產勘查開發(fā)總公司，西安 710054; 3.長安大學地球科學與資源學院，西安 710064)

在對成礦預測學起源、研究現狀及存在問題進行概括、分析與總結的基礎上，闡述了相關的成礦預測理論、常用的成礦預測方法和礦體定位預測研究，并從四方面論述了成礦預測學的發(fā)展趨勢，以期為成礦預測提供一些有益的參考。

成礦預測;地質異常;預測方法;定位預測;綜合信息

成礦預測學是介于礦產勘查學和預測學之間的邊緣學科，以成礦規(guī)律研究為基礎，以現有成礦理論、預測學理論為指導，直接服務于找礦工作，為國民經濟的客觀決策及礦產勘查的具體實施提供科學依據。目前，社會經濟迅猛發(fā)展，人類對礦產需求日益增長，已發(fā)現的各種礦產資源儲量在不斷減少，找礦工作面臨著勘查對象由地表礦、淺部礦和易識別礦向深部礦、隱伏礦和難識別礦的轉變，成礦預測已成為當今成礦學研究領域的前沿和熱點。但是，由于作為該學科理論指導的現代成礦理論不斷創(chuàng)新發(fā)展，并且該學科應用性較強，加之地質問題的復雜性等緣故，雖然從學科的發(fā)展現狀來看，成礦預測學已經完全發(fā)展成為獨立的學科，但在生產實踐中，它和成礦規(guī)律研究的“仆”、“主”關系并未轉換，至今仍有相當一部分人將成礦預測視為成礦規(guī)律學的研究內容之一，這種狀況較大地影響了該學科的發(fā)展和當前的找礦突破行動。本文對成礦預測學的起源、研究現狀及存在問題進行了分析和總結，并從四方面論述了成礦預測學的發(fā)展趨勢，以期為成礦預測提供一些有益的建議和參考。

1 成礦預測學研究進展

目前，成礦預測工作在地質找礦領域得到了較全面的普及，繼一輪、二輪區(qū)劃工作后，我國又開展了全國重要礦產資源潛力評價，通過5年時間，按照“五統(tǒng)一”原則，完成全國25種重要礦產資源的潛力評價工作［1］。全國危機礦山找礦工作也證明，成礦預測學在礦產勘查中的作用巨大，且在今年的找礦突破行動中得到了較高的重視。

成礦預測學的發(fā)展與作為該學科理論指導的現代成礦理論和新技術、新方法的發(fā)展密不可分。本文以前人對成礦預測學發(fā)展階段的劃分為基礎，將成礦預測學的發(fā)展細分為4個階段:20世紀40—50年代為萌芽階段;20世紀60年代至1978年為創(chuàng)立階段;1978年至20世紀80年代是發(fā)展階段，在此期間西方歐美國家發(fā)展了以計算機為基礎的礦產定量預測方法，尤其值得提出的是，1975—1980年間，國際地質相關計劃(IGCP)第4組實施了題為“資源研究中計算機應用標準”的第98號專題，總結推廣了6種定量成礦預測方法(區(qū)域價值估計法、體積估計法、豐度估計法、礦床模擬估計法、德爾菲估計法以及特征分析法)［2］;20世紀80年代至今，GIS高新技術、大數據挖掘進入成礦預測領域，基于GIS的成礦預測方法——經驗方法和概念方法［3］以及數字化的礦產資源勘查數據庫得到顯著發(fā)展，空間數據挖掘具有了堅實的基礎。

雖然目前中國地質大學等多所高校都設有成礦預測學專業(yè)，但是人們對預測理論、預測方法分類及礦體定位預測的認識還存在著較大的分歧。近年來的成果也多集中在基于三維地質模型的成礦預測，如陳建平等的《基于數字礦床模型的陜西潼關縣Q8號金礦脈西段三維成礦預測》［4］、史蕊等的《云南個舊竹林礦段三維成礦預測及靶區(qū)優(yōu)選》［5］，這些方法大多缺少與地質背景、成礦規(guī)律、找礦模型等含有地質“內涵”因素的融合，更多地偏重于計算機技術與圖形學方法，而缺乏對地學模型本身的重視［6］。這種現狀有把該學科嚴格化的趨勢，也將制約該學科的發(fā)展。本文中，筆者進一步對成礦預測學發(fā)展進行了多方面的細化研究。

1.1 成礦預測理論研究

成礦預測是以現有成礦理論、預測學理論為指導的預測工作，其本質是從成礦規(guī)律研究出發(fā)，對高度提煉的成礦理論和成礦模型的再應用，其核心是創(chuàng)新的成礦理論，其典型代表就是模型找礦。當前，“成礦流體”理論［7］、“邊緣成礦”理論、“三源”成礦理論、“地幔熱柱控礦”理論［8］、“同位成礦”理論、“礦集區(qū)”與“成礦大爆發(fā)”、大型—超大型礦床成礦及找礦理論［9］、“成礦系列”理論［10］、“地球化學塊體及地球氣深穿透”理論［11］以及成礦譜系到成礦體系的研究不斷完善。這一方面反映了對成礦認識不斷深入的過程，展示出從簡單到復雜、從個體到整體、從具體到抽象、從靜態(tài)到動態(tài)的研究途徑;另一方面也為成礦預測奠定了良好的基礎。同時，國內外大量的成功范例也說明，在當前形勢下，模型找礦仍是成礦預測的主要方法和手段。

1.2 成礦預測方法研究

1.2.1 成礦預測方法分類

目前成礦預測方法分類研究相對薄弱，有關這方面的文獻較少。表1列出了國內外部分專家的成礦預測方法分類，從中可以看出，這些分類方法極不一致。究其原因，主要是分類的原則和角度不同;另一方面也反映出隨著社會科學技術的發(fā)展，成礦預測方法分類的研究正不斷取得新的進展。筆者從當前我國礦產勘查實踐出發(fā)，認為劉石年在1993年的分類(見表2)更符合當前的現實。

1.2.2 成礦預測方法研究現狀

自20世紀80年代以來國內外創(chuàng)建并研究總結了礦產預測的理論和技術方法，如:地質異常“三段式”成礦預測理論方法、綜合信息預測方法技術、“三步式”礦產資源評價方法、成礦系列缺位預測方法、基于地球化學塊體理論的資源量估算方法、固體礦產礦床模型綜合地質信息預測技術以及勘查區(qū)“三位一體”地質模型找礦預測方法等。

1.2.2.1 地質異?！叭问健背傻V預測理論方法

“三段式”成礦預測及定量評價方法［14～15］由趙鵬大院士提出，該方法以地質異常分析為基礎，以分析成礦多樣性為目標，以研究區(qū)域礦床譜系為依據，將地質異常、成礦多樣性及礦床譜系三方面定量化研究緊密結合，將作為預測對象的礦床放到預測地區(qū)的地質成礦時空及成因演化系統(tǒng)中考察，而不是孤立、靜止、無序地預測各類礦產資源?！叭问健背傻V預測評價法要求“四定”，即:一定遠景區(qū)空間位置，二定可能有的資源量、品位、礦產價值，三定找礦概率大小、精確及可靠程度，四定成礦因素、最佳定量組合，以確定可能的找礦范圍。礦產資源定量預測評價的關鍵是地質異常模型、成礦多樣特征模型和礦床成礦譜系模型。目前國內該方法研究主要集中在中國地質大學趙鵬大科研團隊。

表1 國內外有關學者的成礦預測方法分類一覽表［12］Table 1 Classification ofmethods ofmetallogenic prediction from different researchers

表2 成礦預測方法分類簡表［13］Table 2 Simplified classification ofmethods ofmetallogenic prediction

1.2.2.2 綜合信息預測方法技術

綜合信息預測方法［16～17］是王世稱教授于1980年研究建立的一種礦產預測新理論和新方法，其核心是以地質信息為基礎，研究地質、地球物理、地球化學、遙感信息以及它們之間信息的轉換規(guī)律，建立以礦產資源體為單元，應用間接信息找尋隱伏礦產資源體和盲礦產資源體的綜合信息找礦模型。礦產資源體有不同的等級(礦床密集區(qū)、礦田、礦床、礦體等)，不同等級的找礦模型是統(tǒng)計性模型而不是確定性模型。該方法是數學地質在礦床學和找礦勘探地質學中的應用。地質學數據的預處理是該方法研究的難點和熱點。

1.2.2.3 “三步式”礦產資源評價方法

“三步式”(Three-Part Form)評價方法［18～19］由美國的辛格爾提出，是20世紀90年代美國形成的較為完善的礦產資源評價方法體系。該定量評價方法實質是三大步驟:①根據所要預測的礦床類型圈定找礦地質可行地段;②運用與預測礦床類型相適應的標準品位-噸位模型估計可能發(fā)現礦床的金屬量及質量特征;③估計成礦遠景區(qū)內可能發(fā)現的礦床個數。它包括了哈里斯的礦產資源經濟定量評價模型、考克斯和辛格的礦床模型與標準品位-噸位模型、麥卡門的定量評價與專家系統(tǒng)以及Drew的MARK3軟件等［19］，是美國眾多礦產資源評價專家研究成果的集成，也是美國地質調查局(USGS)在20世紀80年代末的標準評價方法。“三步式”評價方法體系的特色是地質礦床模型的應用，這在理論上保證了其合理性;但地質上常會出現同一地質環(huán)境多種成礦類型共生的現象，據此圈定的不同類型、不同礦種的可能地段就會出現重復，從而使預測工作更加復雜，也是“三步式”評價方法尚需解決的技術問題。

1.2.2.4 成礦系列缺位預測方法

該方法由陳毓川院士基于成礦系列理論而建立［14，20］，運用礦床成礦系列和成礦系列缺位概念，在一定的區(qū)域內，通過對區(qū)域地質演化歷史、礦床形成地質環(huán)境、成礦作用、成礦物質、礦床時空分布規(guī)律、成礦系列模式、成礦體系等的系統(tǒng)研究，在確定的成礦體系中，預測各個序次的成礦系列在空間、時代、礦床類型、成礦元素(礦種)等方面應當存在而尚未被發(fā)現的部分。成礦系列缺位類別分為4種，即缺位空間、缺位時代、缺位類型、缺位成礦元素(礦種)。4種類型的成礦系列缺位既是成礦系列研究中一個問題從不同角度的反映，又是礦床成礦系列概念中強調的4個“一定”(一定歷史時期，一定地質構造單元，一定地質成礦作用和具有一定成因聯系的一組礦床)內涵的全面反映。該方法近年來在燕山地區(qū)、寧蕪廬樅地區(qū)取得了較好成果，也得到了國內外專家和同行的認同。

1.2.2.5 基于地球化學塊體理論的資源量估算方法［21～22］

謝學錦院士在對中國的區(qū)域化探掃面工作中，摒棄單一圖幅研究或區(qū)域性異常比較研究的傳統(tǒng)思路，用綜觀全局的新思路，將各省取得的數據置于一起觀察，認為水系沉積物中寬闊的地球化學模式是巖石或土壤中的金屬元素在地表風化過程中遷移到河流中的，它們是富含某種或某些金屬元素的巨大巖塊在地表的顯示［21］。如果給出一個巖塊的厚度，就能夠計算出整個巖塊中金屬的供應量，通過剖析它的內部結構就能夠追蹤金屬聚集形成礦床的蹤跡。該方法將面積大于和等于地球化學省的巨大巖塊定名為“地球化學塊體”，進而對篩選出的有遠景的靶區(qū)，利用成礦系數大致定量預測靶區(qū)內的遠景儲量。它是礦產勘查戰(zhàn)略研究方法。

1.2.2.6 固體礦產礦床模型綜合地質信息預測技術和勘查區(qū)“三位一體”地質模型找礦預測方法［23～24］

葉天竺、夏慶霖等提出的綜合地質信息預測技術以基礎地質礦產勘查與研究資料為基礎，以板塊構造學、區(qū)域成礦學、礦產預測學理論為指導，按照成礦地質要素劃分礦產預測類型;在典型礦床研究基礎上建立礦床地質實體模型，進而建立預測模型;采用GIS技術和數學地質方法對未知區(qū)進行類比預測，圈定預測區(qū)，采用體積法等方法估算資源量。

“三位一體”地質模型找礦預測方法在充分利用勘查區(qū)地質、物探、化探、遙感等資料基礎上，以地球化學、礦物學、礦床學理論為指導，通過大比例尺專題填圖，確定成礦地質體、成礦結構面、礦化蝕變和各種成礦信息，研究成礦地質作用，確定成礦作用特征標志，總結成礦要素及預測標志，建立找礦預測地質模型;再結合必要的物、化、探工作，通過綜合研究推測礦體位置，通過工程驗證發(fā)現并查明礦體(床)。

全國礦產資源潛力評價工作證明，上述固體礦產礦床模型綜合地質信息預測技術和勘查區(qū)“三位一體”地質模型找礦預測方法目前已經成為適合我國資料基礎和現有技術水平的礦產預測主流技術，被廣大一線勘查技術人員采用。

1.3 礦體定位預測研究

礦體定位預測研究的熱點在預測的有效途徑和方法上，目前主要集中于控礦構造研究和地質-物探-化探-遙感綜合分析以及數學理論研究3個方面。

自20世紀90年代至今，強調從構造研究入手，以構造解析為手段進行預測。這是因為多數礦床的形成都受構造控制，這些構造既是礦化流體(礦液)的運移通道，也是礦體的存儲空間。因而隱伏礦床定位預測的主要目標就是判斷深部最有利的成礦與賦礦部位，控礦構造解析也自然成為成礦預測的主要手段。

基于地質、物探、化探、遙感諸方面的成礦綜合信息分析法作為地學的一個新分支，盡管其出現時間較短，但由于地質找礦的客觀需要，目前無論從理論或方法上都發(fā)展較快。其主要發(fā)展趨勢是系列化、立體化和定量化。

基于數學理論的預測方法較多，如模糊綜合評判(FCA)模型、神經網絡方法等，但是基于原始數據處理的研究較少，大量不確定性數據的處理仍是困擾此類方法發(fā)展的瓶頸。

2 成礦預測學的發(fā)展趨勢

2.1 學科建設的理論研究應進一步統(tǒng)一認識

成礦預測學是以成礦規(guī)律研究為基礎的介于礦產勘查學和預測學之間的邊緣學科，迄今為止人們較多地注重了預測學理論及其在實踐中的應用研究，而忽視了成礦理論研究的重要性，導致許多人將成礦理論研究與成礦預測學割裂開來，這既使學科建設進展緩慢，也影響相應的預測實踐。因此，在今后的發(fā)展中應重視開展下列幾方面的深入研究:

①大數據的相關性預測方法和常用的綜合信息礦產預測方法是一致的，礦產預測模型理論、多學科信息相關性分析、預測地質求異理論、礦產區(qū)域趨勢分析方法是礦產資源評價的4項基本理論［25］。加強成礦預測學的成礦理論基礎研究和礦產資源評價工作的總結，強化與預測學基本原理的結合，拓寬其交叉融合空間是未來成礦預測學發(fā)展的方向。

②數字地質是地質科學中的數據科學，其特點是:以數字形式表示地質對象的規(guī)律性，包括地質對象的結構特征、空間特征、統(tǒng)計特征、幾何特征、演化特征的查明等;以海量數據為特征，可對各種地質過程進行數字模擬;數量化和數字化是充分提取信息的基礎和前提;數據分析是提取各種信息的必要手段，是定量評價的依據，是查明地質體變異性、差異性、相似性、相關性、非線性、復雜性等的手段;數字特征是鑒別地質體、區(qū)分地質體的客觀依據;可對事件結果的多解性、不確定性和模糊性進行定量估計和評價，對事件和現象的發(fā)展趨勢定量預測;是進行專家系統(tǒng)智慧找礦的前提。數字知識和數字規(guī)律是對事物本質的高度凝煉，是事物客觀規(guī)律的定量表征，是定義、劃分、鑒別不同事物的客觀標準，是科學管理、科學預測乃至科學發(fā)展的基本依據［26］。因此，建立和發(fā)展適應大數據時代特征的成礦預測方法，是成礦預測學發(fā)展的方向。

③迄今為止的成礦預測研究中，多重視預測方法的研究，很少有人問津地質數據的預處理，更少有人關注地質數據的不確定性。地質數據來源廣、類型多，且貫穿整個預測過程，其不確定性是數據預處理的難點，也是目前影響定量預測方法準確性的瓶頸。目前，數字形式的礦產資源勘查數據庫以及勘查數據庫數字化處理的能力得到顯著發(fā)展，尤其是在空間數據的采集、檢索、校正以及可視化方面取得了實質性的進展。但是還沒有建立起一個普遍可接受的數據模型，能夠投入使用的數字地質圖還只是限于圖件生成，通過重新分類(單元重新編碼)對圖件進行綜合，尋找具有特殊特征的空間目標［27］。隨著數據量越來越大，面對海量的數據，基于大數據挖掘的預測方法，如云理論等，將會不斷發(fā)展完善。而作為基礎的數據預處理研究雖然難度較大，但它是一條必須逾越的鴻溝，避開它極易導致預測工作出現失誤。因此加強地質數據的預處理研究是拓展預測方法和提高預測精度的關鍵問題之一。

2.2 預測方法的多樣化發(fā)展

隨著計算機技術的迅猛發(fā)展和各種新技術、新方法的引用，更多的與成礦有關的信息不斷地被挖掘出來;同時非線性理論在成礦預測中還只是處于嘗試階段，先進理論的不斷滲透必將對成礦預測的發(fā)展產生深遠的影響，涌現出更多的預測方法。

2.3 預測結果向可視化發(fā)展

隨著計算機技術，尤其是虛擬現實等技術的進步，三維可視化正以其獨特的視角、清晰直觀的畫面、特有的三維框圖、動態(tài)巡航功能以及掘進工程動態(tài)模擬等特征，成為研究的熱點。目前，國內外針對隱伏礦體的三維成礦預測研究已取得了一些成果，Caumon等［28］、Fallara等［29］、Martin等［30］、Malehmir等［31］、Wang等［32］、陳建平等［4～5，33～34］、毛先成等［35～36］分別對不同地區(qū)的成礦潛力進行了三維預測。但目前尚缺乏系統(tǒng)的研究，工作方法體系仍有待深入探討。總體而言我國三維地質填圖正處于試驗階段，成礦預測可視化發(fā)展前景廣闊。

2.4 物化探異常的計算機模擬將是成礦預測學研究的熱點

成礦預測學往往側重于預測學理論的應用研究，如邏輯回歸法、證據權法［37～38］、神經網絡法［39～40］、貝葉斯校正法、模糊邏輯法［41～42］、Dempster Shafer信任函數［43］等。面對大數據，在計算機作為處理與顯示設備的今天，對物化探異常的計算機模擬尚相對較少，進一步導致了目前許多研究僅限于預測理論的實踐應用，而忽視了異常分析在成礦理論研究中的作用。因此，在今后的發(fā)展中重視物化探異常的計算機模擬將是成礦預測學研究的熱點。

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PRESENT SITUATION AND DEVELOPMENT TENDENCY OF METALLOGENIC PREDICTION

LIU Lin1，2，RUIHui-chao3

(1.Shaanxi Key Laboratory of exploration and comprehensive utilization ofmineral resources，Xi’an 710054，China; 2.Shaanxi Geological and mineral Survey and development corporation，Xi’an 710065，China; 3.College of Earth Science and Resources，Chang’an University，Xi’an 710064，China)

Based on the summarization and generalization of the metallogenic prediction development process，we illuminated the related theory and the commonly used methods of metallogenic prediction as well as the orebody location prediction research．We discussed the development trends ofmetallogenic prediction from four different aspects，with aim to provide some useful advises and references for prediction ofmineralization．

metallogenic prediction;geological anomalies;predictionmethod;locating predication; integrated information

P612

A

1006-6616(2016)02-0223-09

2015-11-30

劉林(1967-)，男，碩士，地質高級工程師、計算機技術講師，現主要從事地質礦產勘查、數據挖掘工作。E-mail:liulin1885@163.com