現代礦產勘查的非傳統理論及方法探討

【摘要】 面對礦產資源需求供給嚴峻的局面，礦產勘查工作日益緊迫。傳統的礦產勘查理論方法已經不能滿足當今艱巨的礦產勘查工作，發展現代礦產勘查的非傳統理論及方法研究是一項緊迫的任務。以地質異常理論為核心的“三聯式”礦產預測與定量評價數字找礦理論與方法是趙鵬大院士創新性地提出現代礦產勘查理論方法。開展非傳統的找礦理論與方法研究是現代礦產勘查的必行之路，是解決當今礦產資源需求供給嚴峻局面的有利途徑。

【關鍵詞】 礦產勘查；非傳統找礦；3S；三聯式；可持續發展

【中圖分類號】 S-1【文獻標識碼】 B【文章編號】 1005-1074(2008)04-0089-02

在成礦預測過程中，方法是極其重要的。除了傳統的地質、地球化學、地球物理、遙感、工程技術等方法，還應重視非傳統途徑，突出高新技術的找礦方法。如非線性理論、超常條件下多元相體系反應及物質分離技術、“3S”（GIS、GPS、RS）技術、“三聯式”礦產預測與定量評價數字找礦理論與方法等，都是對傳統找礦的新模型、新方法、新思路。為確保礦產資源的可持續供給，特別是面對難識別、難發現、難勘探、難開發的找礦對象，積極探索礦產資源勘查的非傳統理論和方法具有重要意義。

1 國內外礦產勘查理論與方法研究現狀

隨著地質科學、計算機技術和信息科學的發展，新理論、新技術的應用，尤其是近年來多“3S”技術的引入，尤其是GIS的廣泛應用。礦產資源預測評價經歷了由簡單到復雜，由粗略到精細，從抽象到具體的演變過程。具體表現為：從單純的定性預測到與定量預測相結合，再到定量預測；由單一信息預測轉變到綜合信息預測；由經驗式類比發展到模式類比和多元統計預測，以及今天的科學化、系統化、動態化和可視化預測。法國學者Allais(1957)開創了定量成礦預測的先河。60年代至80年代中期，隨著計算機技術的逐步發展，采用概率論和數理統計方法進行成礦預測取得了突破性的進展（Harris，1965，1973；Agterberg，1971，1972，1974）。Bonham Carter（1987）報導了利用GIS對加拿大新斯科舍省的Meguma地區進行金礦成礦預測的研究，之后，GIS在礦產勘查中的應用不斷擴大，目前已普遍利用GIS綜合勘查數據。在美國，近10年來，有影響的礦產勘查評價方法為Singer D A提出的“三部式”資源評價法。在俄羅斯，“預測普查組合法”資源定量預測及評價具有較大影響。在我國，1978年程裕琪等提出的成礦系列理論。由王世稱教授等提出綜合信息礦產預測理論。裴榮富（1998，2001）提出的“金屬成礦省時空演化及等級體制”理論。季克儉等（1994）根據交代熱液成礦原理提出的“三源”成礦預測方法。孫啟禎(1986；1990；1993；1994)從成礦邊緣效應的觀點提出了邊緣成礦理論。殷鴻福等(1999；1997)系統論述了生物成礦系統。近年來，朱裕生研究員等提出的多源信息預測理論，在新一輪固體礦產資源預測評價中得到了較好的應用，取得了很好的成效。目前在國內具有代表性的勘查礦理論是趙鵬大院士的提出基于地質異常理論(趙鵬大，1991)的“三聯式”數字找礦及資源定量評價理論（趙鵬大，2001）。

2 非傳統礦產資源

非傳統礦產資源（Nontraditional Mineral Resources）是指：受目前經濟、科學技術以及環境等因素的限制尚未發現和尚未開發利用的礦產資源，以及尚未被看作礦產和未發現其用途的潛在礦產資源。它是一個包括非傳統礦產——礦產勘查的非傳統理論及方法——非傳統礦業——非傳統礦業經濟等的完整體。

3 “三聯式”礦產預測與定量評價數字找礦理論與方法

“三聯式”礦產預測與定量評價數字找礦理論與方法是非傳統礦產勘查理論與方法的基礎。“三聯式”成礦預測將地質異常、成礦多樣性及礦床譜系三項研究工作緊密結合形成礦產預測及定量評價的切入點。“三聯式”定量成礦預測以地質異常分析為基礎，實現成礦及找礦信息的數字化及定量化；成礦多樣性分析是礦化特征的數字化及定量化；而礦床譜系分析則是成礦規律的數字化及定量化。可見，“三聯式”成礦預測及資源評價涉及到成礦和找礦各方面的基本問題，因而是實現全面數字找礦的必由之路，也是礦產勘查評價領域應用信息技術的基礎和前提。

3.1 地質異常 Gorelov D A（1984）提出過地質異常，但未探討如何進一步圈定地質異常。Anchipov（1999）提出了“地質動力異常”與成礦的密切關系。地質異常是在成分結構、構造或成因序次上與周圍環境有著明顯差異的地質體或地質體組合（趙鵬大，1991，1995，1996）。如果用一個數值(或數值區間)作為閥值來表示背景場的話，凡超過或低于該閥值的場就構成地質異常。它具有一定的空間范圍和時間界限，其表現形式不僅在物質成分、結構構造和成因序次上與周圍環境不同，而且還經常表現在地球物理場、地球化學場及遙感影像異常等的不同。因此，地質異常往往都是綜合異常（趙鵬大，1995）。而地球物理異常(如重磁)是基于地球物理的場論，建立了確定性模型而確定的，是完全定量化的；地球化學異常是在確定元素統計分布模型基礎上而確定的，具有統計意義，也是完全定量化的。而地質異常實際是定性地質因素的綜合，與前二者相比，定量化程度低而更抽象。對于成礦地質異常來說，反映控礦因素較形象、具體，而物化探異常卻能定量表征礦化規模。地質異常成礦預測的基本步驟為：①預測單元劃分與地質體數字化、定量化；②地質背景場劃分與地質異常識別；③地質異常提取；④地質異常分析研究。

3.2 成礦多樣性 多樣性是復雜系統中客觀事物外在表現的基本特征，它是系統內部各種因素自身演化與外部環境影響相結合的結果。美國學者J.C格里菲思（1978，1980，1984)在進行礦產資源單位區域價值估計研究中提出了“礦產多樣性”和“地質多樣性”的概念，而且認為兩者之間存在著相關聯系。Gill（1984）等研究了以色列礦產資源的區域價值，根據研究程度較高地區所建立的地質多樣性與礦產多樣性之間線性回歸模型估計。成礦多樣性是成礦事件的根本表現，它不僅表現為一個礦床在成因、形態、尺度、礦石類型、礦石組合、有利及不利組分上的多樣性，還表現在礦床、礦田、礦帶、成礦省、成礦區域及成礦時期上的多樣性。成礦多樣性在成礦物質基礎上受礦源地質異常控制，在成礦物質運移上受運礦地質異常控制，在聚礦作用上受賦存環境地質異常控制，在成礦后的變化上受保礦與毀礦地質異常控制。因此，可以通過地質異常背景的研究來揭示成礦多樣性的具體特征。成礦多樣性問題不僅要從目前已知的或已被利用的礦種和礦床類型出發，而且還要考慮到目前尚未被發現或尚未被利用的“非傳統礦產資源”。

3.3 礦床譜系 礦床譜系在時間、空間及成因上與成礦多樣性密切相關，它在評價與預測新類型礦床中起著極其重要的作用（趙鵬大等，2001，2004）。成礦多樣性的某種規律性序列表現就是礦床的一種譜系，礦床的規律性序列可以表現在成因上、規模上、成分上、數量上和質量上，以及它們的組合上，但最基本的是表現在成礦時間上和成礦空間上的“有序性”和“成套性”（Beeuning M，1999）。

3.4 “三聯式”數字找礦 “三聯式”成礦預測將地質異常、成礦多樣性及礦床譜系三項研究工作緊密結合形成礦產預測及定量評價的切入點。“三聯式”定量成礦預測以地質異常分析為基礎，實現成礦及找礦信息的數字化及定量化；成礦多樣性分析是礦化特征的數字化及定量化；而礦床譜系分析則是成礦規律的數字化及定量化。可見，“三聯式”成礦預測及資源評價涉及到成礦和找礦各方面的基本問題，因而是實現全面數字找礦的必由之路，也是礦產勘查評價領域應用信息技術的基礎和前提。“三聯式”成礦預測以圈定各類地質異常為基礎，以識別、揭示、提取和圈定新型的、隱式的和深層次的成礦地質信息——各種類型和尺度的致礦地質異常及與其相匹配的物探、化探、遙感礦致異常為主要內容；以分析成礦多樣性為目標，不僅以預測和發現已知礦床類型和礦產資源為目的，而且將可能利用的非傳統礦產資源納入分析內容。不同地區成礦多樣性分析還是比較評價不同地區含礦豐度的重要指標，是確定主要勘查對象、進行綜合勘查、綜合評價和綜合利用的主要依據；以研究區域礦床譜系為依據，把作為預測對象的礦床放到預測地區的地質成礦時空及成因演化系統中去考察，而不是孤立地、靜止地、無序地預測各類礦產資源。礦床譜系是區域成礦有序性、成套性和規律性的反映，根據不同地區礦床產出的有序度、成套度可以評價研究區的資源潛力。

4 對非傳統礦產資源研究的思考

“新的地球物質資源觀”認為地球的一切固、液、氣體物質均為資源，只有已認知、已發現及已利用資源和尚未被認知、尚未被發現和尚未被利用資源之分，資源也不是一個絕對的概念，甚至資源已不僅局限于地球物質；其次地球物質資源是隨時間、空間而變化的技術、經濟、環境、市場、人文等因素的函數，資源是一個隨時間推移和空間不同而變化的動態概念，“傳統”和“非傳統”資源也是隨時間而變化的概念。“就礦找礦”理論是長期以來行之有效的礦產堪查理論。尤其是近年來為解決危機礦山而更加倍受關注，它包括礦山周邊找礦和深部找礦。危機礦山礦中找礦的主要目標是同類型礦床和已知礦床中未綜合勘查評價與未綜合利用的共伴生礦產、傳統礦產資源觀中的“非礦”類和尾礦資源。其主要思想是運用現代礦產堪查理論、積極開拓選冶新工藝，加強對低品位礦石和共伴生組分的綜合利用研究，提高有用組分的綜合回收率，不但可使已勘查礦山中被視為“表外礦”、“低品位礦”甚至是“礦化巖石”的資源得以充分開發，而且可以緩解尾礦量驟增之矛盾；更直接地，面對當前世界各國現有礦山堆存的數量巨大的尾礦資源，開展新工藝研究和尾礦資源的再評價與開發利用，其資源、經濟、環境效益均十分可觀。趙鵬大的“‘三聯式’成礦預測”理論中強調了兩個很重要的觀點：“必須重視發現新類型礦床；不可忽視已進行過較多勘查工作的老區”。對已知礦山資源再評價的主要目的可概述為兩個方面：一是通過觀念更新、理論創新和科技進步，發現新的更多的可利用礦產資源（種類與數量），優化資源組合結構，以及延長礦山壽命，二是通過更新與改進現有探、采、選、冶技術與生產工藝，更充分的利用現有資源，以及通過對現有資源的新用途研究，更有效地利用資源。從當今礦產資源可持續發展戰略分析，它分別體現了“開源”與“節流”兩個方面的基本內涵。開展已勘查與已開發礦區資源再評價研究，是實現礦產資源可持續發展利用的重要舉措之一，不但具有重要的現實意義，而且是項十分緊迫而又艱巨的任務。傳統礦產資源的開發被認為是造成是生態惡化和環境污染的重要原因之一，事實是，絕大部分地球采掘物被廢棄確實給環境帶來很大危害。如果能設法將各種廢棄物作為非傳統礦產資源加以合理利用，運用非傳統的理論方法進行礦產資源的勘查及開發利用則可收到充分利用資源和保護環境的雙重效果。非傳統礦產資源開發理論及方法研究是現代礦產勘查中一項具有前瞻性和戰略性的工作。我們應著眼未來、立足現在。需要有長遠規劃和近期目標，非傳統理論及方法研究將對現代礦產勘查具有普遍而深遠的影響。

5 參考文獻

1 趙鵬大.地球科學的新使命——認知和發現非傳統礦產資源[J].地球物理學進展，2001，12

2 翟裕生.論成礦系統[J].地學前緣，1999，6(1)：13-28

3 趙鵬大.“三聯式”資源定量預測與評價-數字找礦理論與實踐探討[J].地球科學(中國地質大學學報)，2002，27(5)：483-489