礦產(chǎn)預(yù)測思索

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本文作者：牛翠祎1，2史小翠2作者單位：1中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)與資源學(xué)院2武警黃金地質(zhì)研究所

GIS礦產(chǎn)預(yù)測中應(yīng)注意的問題

1地質(zhì)數(shù)據(jù)的問題

礦產(chǎn)預(yù)測過程中，收集礦產(chǎn)地質(zhì)資料，編制地質(zhì)圖、專題地圖及輔助性圖件是一項工作量很大的基礎(chǔ)性工作。礦產(chǎn)地質(zhì)數(shù)據(jù)是礦產(chǎn)資源評價預(yù)測的基礎(chǔ)。在應(yīng)用GIS進(jìn)行礦產(chǎn)預(yù)測的過程中，我們收集到的數(shù)據(jù)不僅包括基礎(chǔ)地質(zhì)數(shù)據(jù)，如地質(zhì)、構(gòu)造、地層、巖漿巖、物探、化探、遙感、重砂等，而且還包括基于基礎(chǔ)地質(zhì)的各項研究成果資料。這些數(shù)據(jù)資料的表達(dá)形式各異，如地質(zhì)圖、素描圖、照片等圖像資料；報告、說明書等文本資料等。對于這些來源多樣、跨越不同的學(xué)科和部門的表達(dá)方式不一的眾多數(shù)據(jù)如何進(jìn)行有效地組織和管理，成為GIS礦產(chǎn)預(yù)測評價過程中亟待解決的問題。許多研究者對數(shù)據(jù)組合管理進(jìn)行了探討，如向運川等開發(fā)的Geoexplore系統(tǒng)、胡光道的Morpas系統(tǒng)等都涉及數(shù)據(jù)的組織和管理模塊的開發(fā)，這些系統(tǒng)在數(shù)據(jù)組織和管理方面體現(xiàn)出各自的特色。但不同的礦產(chǎn)預(yù)測評價工作應(yīng)根據(jù)礦產(chǎn)預(yù)測評價的目的，以成礦規(guī)律的研究為基礎(chǔ)，從礦床成礦作用的角度對收集到的礦產(chǎn)地質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸納、總結(jié)、分類，建立多源地質(zhì)空間數(shù)據(jù)庫。該數(shù)據(jù)庫不僅包括基礎(chǔ)地質(zhì)數(shù)據(jù)，還包括在成礦規(guī)律及成礦作用研究基礎(chǔ)上，由基礎(chǔ)地質(zhì)數(shù)據(jù)派生的成果數(shù)據(jù)?？臻g數(shù)據(jù)庫建立的好壞直接影響著礦產(chǎn)預(yù)測能否順利進(jìn)行及預(yù)測工作的成效，因此空間數(shù)據(jù)庫的建立是礦產(chǎn)預(yù)測的基礎(chǔ)及關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在此過程中必須注意以下問題：

（1）礦產(chǎn)地質(zhì)數(shù)據(jù)的矢量化?；贕IS的礦產(chǎn)資源預(yù)測需要采集大量的礦產(chǎn)地質(zhì)數(shù)據(jù)，由于上世紀(jì)地質(zhì)工作獲得的基礎(chǔ)地質(zhì)數(shù)據(jù)大部分都是以紙質(zhì)和圖形形式存儲，因此圖形的矢量化成為目前地質(zhì)數(shù)據(jù)獲取的重要方式。而目前采用數(shù)字化儀或基于GIS平臺的屏幕數(shù)字化均存在工作量大、精度控制難等問題。雖然一些GIS平臺（如MAPINFO，AR－CINFO和MAPGIS等）提供了自動數(shù)字化功能，一些專門的矢量化軟件（如R2V，VPStudio和GeoScan等）也可以對圖形自動矢量化，但由于地質(zhì)數(shù)據(jù)內(nèi)容的復(fù)雜性，其自動矢量化的效果均不理想，交互式半自動矢量化仍是目前圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為矢量數(shù)據(jù)的主要方式。對于數(shù)據(jù)精度問題，目前可行的方法是，在地圖掃描的基礎(chǔ)上，應(yīng)用GIS的鑲嵌配準(zhǔn)功能對掃描圖形進(jìn)行校正，然后基于GIS平臺或?qū)ｉT矢量化軟件進(jìn)行半自動、交互式的屏幕數(shù)字化，對矢量化的數(shù)據(jù)再進(jìn)行誤差校正，以提高矢量化過程中圖形數(shù)據(jù)的精度及準(zhǔn)確度。

（2）礦產(chǎn)、地質(zhì)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。由于GIS技術(shù)的不斷進(jìn)步與推廣應(yīng)用，現(xiàn)已建立了大量的地學(xué)空間數(shù)據(jù)庫。但由于各部門建立數(shù)據(jù)庫采用的GIS軟件不盡一致，其數(shù)據(jù)的存儲格式多種多樣，如ARC－GIS，MAPINFO，MAPGIS，SURFER等矢量數(shù)據(jù)和JPE，TIF，GIF等柵格數(shù)據(jù)，因此在礦產(chǎn)預(yù)測過程中，根據(jù)所選取的預(yù)測軟件對數(shù)據(jù)的要求，將不同矢量格式的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的矢量數(shù)據(jù)格式，而柵格數(shù)據(jù)需要通過矢量化方式轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的矢量數(shù)據(jù)格式。

（3）礦產(chǎn)、地質(zhì)空間數(shù)據(jù)庫的建立。由于數(shù)據(jù)來源的多樣性，不同來源的空間地質(zhì)數(shù)據(jù)的坐標(biāo)系及所用圖形投影參數(shù)存在差別，因此必須根據(jù)基礎(chǔ)地質(zhì)圖的坐標(biāo)系和投影參數(shù)對所有的空間數(shù)據(jù)通過誤差校正、投影轉(zhuǎn)換、鑲嵌配準(zhǔn)等功能進(jìn)行坐標(biāo)系及投影參數(shù)的統(tǒng)一，使相同地理位置的數(shù)據(jù)在同一坐標(biāo)系下的誤差控制在預(yù)測精度所要求的范圍內(nèi)，以減少地質(zhì)數(shù)據(jù)誤差對成礦預(yù)測精度的影響。礦產(chǎn)、地質(zhì)空間數(shù)據(jù)庫不僅包括空間數(shù)據(jù)，其空間數(shù)據(jù)的屬性數(shù)據(jù)也是礦產(chǎn)預(yù)測過程中必不可少的。對于預(yù)測過程中數(shù)據(jù)的分類提取，專題圖層的建立具有不可或缺的作用，因此屬性數(shù)據(jù)要根據(jù)預(yù)測工作的目的和需要，在成礦規(guī)律研究的基礎(chǔ)上來確定。如在斷裂構(gòu)造中，不同級別的斷裂對成礦的控制作用不同，區(qū)域深大斷裂控制著巖漿巖帶或礦帶的空間展布，而次級的斷裂則控制著礦體的就位，因此斷裂屬性中斷裂級別是必不可少的。

2地質(zhì)專業(yè)人員的作用

在成礦預(yù)測過程中，地質(zhì)專家的參與貫穿于成礦預(yù)測的全過程，包括數(shù)據(jù)的收集、數(shù)據(jù)庫的建設(shè)、成礦規(guī)律及控礦條件的研究、預(yù)測模型的建立、地質(zhì)變量的構(gòu)建及預(yù)測成果的解釋等。由于計算機(jī)技術(shù)和GIS的應(yīng)用，礦產(chǎn)預(yù)測數(shù)據(jù)處理自動化程度有所提高，但地質(zhì)人員在成礦預(yù)測過程中仍起著不可忽視的作用。礦產(chǎn)地質(zhì)數(shù)據(jù)組織離不開地質(zhì)人員的參與，地質(zhì)人員必須根據(jù)預(yù)測目的及預(yù)測思路提出礦產(chǎn)地質(zhì)空間數(shù)據(jù)庫建設(shè)的方案?；A(chǔ)地質(zhì)礦產(chǎn)數(shù)據(jù)庫建立的好壞影響著地質(zhì)變量的選取與構(gòu)建計劃能否順利進(jìn)行，成礦預(yù)測的思路和方案能否實現(xiàn)，成礦預(yù)測的成果能否有效指導(dǎo)找礦。在礦產(chǎn)預(yù)測過程中收集了大量地質(zhì)、物化探、遙感、重砂、礦產(chǎn)及基礎(chǔ)地質(zhì)方面的圖形及文字資料。資料是否完整，能否用于礦產(chǎn)預(yù)測，需要地質(zhì)人員根據(jù)預(yù)測的目的、任務(wù)、要求對大量的資料進(jìn)行篩選和補充，同時還要剔除一些不能滿足精度、范圍要求的資料。如在區(qū)域礦產(chǎn)預(yù)測中，預(yù)測區(qū)內(nèi)的工作程度各不相同，部分工作程度較高的區(qū)段可能具備有高精度的數(shù)據(jù)，如果預(yù)測者將其作為變量而參與建模，而該數(shù)據(jù)在整個預(yù)測區(qū)不具有可比性的話，就會造成預(yù)測區(qū)該變量的取值不確定而使預(yù)測成果的不確定性增加，因此在預(yù)測工作中應(yīng)由地質(zhì)人員根據(jù)實際情況來決定該數(shù)據(jù)的取舍；又如某些地質(zhì)圖只有圖形數(shù)據(jù)，其屬性數(shù)據(jù)則應(yīng)由地質(zhì)人員根據(jù)相關(guān)的基礎(chǔ)地質(zhì)資料或圖形內(nèi)容進(jìn)行補充。遙感數(shù)據(jù)圖像能較好地反映工作區(qū)構(gòu)造的總體格局，可以作為區(qū)域地質(zhì)資料中構(gòu)造信息的補充。人們可以從中提取出區(qū)域地質(zhì)圖上未能很好反映的隱伏斷裂、巖體等信息，也可對區(qū)分?jǐn)嗔训囊?guī)模、性質(zhì)，隱伏巖體規(guī)模等起到輔助判別的作用。對于遙感解譯出的各類地質(zhì)變量，要由地質(zhì)人員對其進(jìn)行分析鑒別，如環(huán)形構(gòu)造反映的是構(gòu)造信息還是巖體信息？要對環(huán)形構(gòu)造的細(xì)節(jié)與特點結(jié)合地質(zhì)情況進(jìn)行具體分析，如果由巖體引起的，變量應(yīng)劃分為巖體變量，而構(gòu)造作用形成的環(huán)形構(gòu)造，應(yīng)按構(gòu)造變量來對待。同時對遙感解譯信息和地質(zhì)圖上提供的相關(guān)信息進(jìn)行分析，對一些重復(fù)的信息要有所取舍，選擇一些有用的、不重復(fù)的數(shù)據(jù)，對遙感數(shù)據(jù)的有效運用需要遙感人員與地質(zhì)人員的有機(jī)配合。變量的選取與構(gòu)置。地質(zhì)數(shù)據(jù)不僅包括定量的數(shù)據(jù)，如化探分析數(shù)據(jù)、物探數(shù)據(jù)、有用元素的含量等，還包括許多定性的或描述性的數(shù)據(jù)，如蝕變的強度、礦化強度、礦體的規(guī)模、控礦地質(zhì)體的產(chǎn)狀、規(guī)模等；不同的數(shù)據(jù)具有不同的單位和量綱。如何在成礦預(yù)測過程中把這些語句有機(jī)地組合起來，如何把定性的描述性數(shù)據(jù)用定量的數(shù)據(jù)進(jìn)行合理的表達(dá)，需要地質(zhì)人員根據(jù)各種方法所獲取的數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，結(jié)合地質(zhì)實際情況進(jìn)行合理的變量賦值，或根據(jù)數(shù)據(jù)分析所獲得的不同變量之間的關(guān)系將相關(guān)的變量進(jìn)行組合，使復(fù)雜的變量簡化，優(yōu)化變量結(jié)構(gòu)，使成礦預(yù)測過程中涉及到的變量盡可能地少，同時又能有效地反映礦床或礦體空間變化特征，提高預(yù)測的可信度和準(zhǔn)確性。礦產(chǎn)地質(zhì)人員在成礦預(yù)測的過程中，必須對區(qū)域成礦規(guī)律及控礦地質(zhì)條件進(jìn)行研究，把成礦規(guī)律或成礦模型轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的找礦預(yù)測模型。礦產(chǎn)地質(zhì)人員在礦產(chǎn)預(yù)測過程中，需要不斷對預(yù)測結(jié)果與找礦模型間存在的偏差進(jìn)行分析，找出造成預(yù)測結(jié)果與地質(zhì)事實之間存在偏差的原因，并提出校正的思路和方法，對預(yù)測結(jié)果進(jìn)行修正，以保證預(yù)測結(jié)果的準(zhǔn)確性和精確性，最后對礦產(chǎn)預(yù)測的結(jié)果進(jìn)行地質(zhì)解釋與評價。袁峰等［9］和魏芳［10］曾經(jīng)論述過地質(zhì)礦產(chǎn)數(shù)據(jù)在GIS預(yù)測過程中如何有效組織的問題，礦產(chǎn)時間譜系在GIS預(yù)測中如何體現(xiàn)及地質(zhì)專家與GIS預(yù)測評價系統(tǒng)如何有效結(jié)合仍是目前GIS預(yù)測中需要考慮的關(guān)鍵問題。這些問題的解決僅僅依靠GIS系統(tǒng)是不能實現(xiàn)的，必須由地質(zhì)專家或地質(zhì)專業(yè)人員在成礦規(guī)律研究的基礎(chǔ)上，根據(jù)礦產(chǎn)資源評價的要求，提出解決問題的思路，通過GIS系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)有效組合與表達(dá)，從而提高預(yù)測的準(zhǔn)確性和可信度。

3單元的劃分

單元是礦產(chǎn)預(yù)測的基本單位，預(yù)測工作以單元進(jìn)行觀測和取值，不同大小的單元對地質(zhì)現(xiàn)象描述的精度不同，影響著地質(zhì)變量觀測的尺度，最終制約預(yù)測評價結(jié)果的準(zhǔn)確程度。前人對地質(zhì)單元的劃分進(jìn)行了研究，提出了地質(zhì)體單元法、地質(zhì)異常單元法及網(wǎng)格單元法，如陳永良探討了GIS中地質(zhì)體單元的劃分［11］，李鐘山等將地質(zhì)體單元劃分方法應(yīng)用于華北地臺北緣金礦預(yù)測［12］，趙鵬大等應(yīng)用地質(zhì)異常單元方法在魯西地區(qū)進(jìn)行了金礦的預(yù)測工作［13］。以上兩種單元劃分方法在GIS系統(tǒng)中的實現(xiàn)還有待探索，由于網(wǎng)格單元法的劃分自動化程度較高，目前依然是網(wǎng)格單元劃分常用的方法。網(wǎng)格單元劃分中網(wǎng)格單元面積、形狀及鋪設(shè)的合理性對于預(yù)測精度起著至關(guān)重要的作用，在劃分過程中需要考慮以下幾個因素［14］：

（1）統(tǒng)計預(yù)測的比例尺。統(tǒng)計預(yù)測所采用的比例尺決定著預(yù)測過程中所使用數(shù)據(jù)的精度，也決定著預(yù)測的精度。經(jīng)過大量礦產(chǎn)預(yù)測評價的實踐，地質(zhì)學(xué)家對預(yù)測所使用地質(zhì)圖件的比例尺與預(yù)測單元大小之間的關(guān)系進(jìn)行了總結(jié)：當(dāng)預(yù)測比例尺為1∶50000時，單元大小宜為0．25～1km2；預(yù)測比例尺為1∶200000時，單元大小宜為4～16km2；預(yù)測比例尺為1∶500000時，單元大小宜為25～100km2。

（2）研究區(qū)地質(zhì)條件的復(fù)雜程度。合理的單元劃分應(yīng)該能使建立的模型反映區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造背景和礦床地質(zhì)條件變化的信息。在預(yù)測目的及預(yù)測資料精度確定的前提下，根據(jù)地質(zhì)條件的復(fù)雜程度來確定單元格的面積。如西秦嶺地區(qū)進(jìn)行1∶500000的金礦資源評價時，地質(zhì)條件變化復(fù)雜，信息量大，為了能客觀地反映預(yù)測區(qū)情況，在不增加預(yù)測工作量的前提下，采用了5km×5km的單元格。如果地質(zhì)條件相對簡單，在保證統(tǒng)計預(yù)測所要求的單元格數(shù)量的前提下采用較大面積的單元格。

（3）研究區(qū)出露的礦點數(shù)量及空間分布的特征。研究表明，網(wǎng)格單元的面積不同，其礦點分布模型也不同，李新中等［15］對單元格面積與礦點分布模型進(jìn)行了研究，提出了網(wǎng)格單元劃分的基本準(zhǔn)則，推導(dǎo)出確定單元格面積的公式。值得注意的是，研究區(qū)出露的礦點數(shù)量不僅與研究區(qū)成礦地質(zhì)背景及成礦條件有關(guān)，還與研究區(qū)的工作程度密切相關(guān)，因此需要在綜合研究成礦地質(zhì)背景及調(diào)查研究區(qū)工作程度的基礎(chǔ)上，對上述公式計算的單元面積進(jìn)行合理的調(diào)整。

（4）保證統(tǒng)計分析所需的單元數(shù)。礦產(chǎn)預(yù)測是統(tǒng)計意義的預(yù)測，因此單元的劃分必須使含礦單元的數(shù)量滿足統(tǒng)計分析所要求的最小單元數(shù)，即含礦單元數(shù)要大于變量數(shù)［16］。

（5）地質(zhì)特征的空間變異性。地質(zhì)變量在空間的分布是不均勻的，通常表現(xiàn)為各向異性，因此在劃分單元格時，要考慮地質(zhì)變量的空間變化特征，利用區(qū)域化變量理論來研究單元內(nèi)地質(zhì)變量的空間結(jié)構(gòu)性。當(dāng)?shù)刭|(zhì)變量的結(jié)構(gòu)變化表現(xiàn)為各向同性時，采用正方形單元；當(dāng)?shù)刭|(zhì)變量的結(jié)構(gòu)變化表現(xiàn)為各向異性時，則采用長方形單元，并以長方形的短邊平行變化較大的方向。比如在祁連成礦帶進(jìn)行金礦資源量預(yù)測時，由于構(gòu)造及地層主要呈NW向延伸，表現(xiàn)出較強的各向異性，因此在劃分單元格時采用長方形網(wǎng)格，網(wǎng)格的長邊平行于構(gòu)造及地層的延長方向（即NW向），而網(wǎng)格單元的短邊則垂直構(gòu)造和地層的走向（即NE方向）。因此，單元格劃分只有綜合考慮上述因素，找出預(yù)測工作區(qū)內(nèi)影響單元格劃分的主要因素，在合理劃分單元格的基礎(chǔ)上進(jìn)行預(yù)測評價，預(yù)測結(jié)果才能更好地反映地質(zhì)客觀事實，達(dá)到真實、可靠的要求。

4成礦模型和找礦模型

應(yīng)用成礦模型和找礦模型進(jìn)行礦產(chǎn)預(yù)測是地質(zhì)工作者常用的預(yù)測方法，如斑巖型銅礦模型、石英脈型鎢礦的“五層樓”模型、長江中下游玢巖鐵礦模型，以及在這些模型基礎(chǔ)上提出的礦床模型預(yù)測理論。它們是根據(jù)各類礦床復(fù)雜的地質(zhì)現(xiàn)象和各種各樣找礦信息對成礦規(guī)律及控礦地質(zhì)條件的高度概括和總結(jié)，對礦床成礦作用的研究及找礦勘探具有指導(dǎo)意義。但是成礦模型和找礦模型既有內(nèi)在的聯(lián)系，也存在著差別。成礦模型是對礦床賦存的地質(zhì)環(huán)境、控礦因素、內(nèi)外部特征、時空變化規(guī)律、成礦物質(zhì)來源、成礦機(jī)理的高度概括和綜合，并用圖表和文字進(jìn)行表達(dá)，使人們對同類或相似的成礦作用有完整的認(rèn)識［16］。找礦模型則是在成礦規(guī)律及成礦模型綜合研究的基礎(chǔ)上建立的，主要對成礦地質(zhì)作用的結(jié)果，即對礦床發(fā)現(xiàn)有特殊意義的地質(zhì)、物化探、遙感等找礦標(biāo)志及其在空間的變化規(guī)律進(jìn)行研究，總結(jié)礦床發(fā)現(xiàn)所需要的信息標(biāo)志及使用的有效方法，是對成礦地質(zhì)作用過程所表現(xiàn)的外在信息的綜合和概括。在實際應(yīng)用中出現(xiàn)了各種各樣的找礦模型，并有不少成功的范例，如地質(zhì)－地球化學(xué)模型、地質(zhì)－地球物理模型、噸位－品位模型等。成礦模型側(cè)重礦床成礦的過程和形成機(jī)理，揭示的是成礦作用過程內(nèi)在控制因素的組合規(guī)律；而找礦模型側(cè)重的是成礦地質(zhì)作用的外在表現(xiàn)。只有通過對成礦規(guī)律的研究，建立成礦模型，才能更好地理解哪些找礦信息反映成礦規(guī)律和成礦作用的本質(zhì)，在礦產(chǎn)預(yù)測過程中所起作用的大小，在此基礎(chǔ)上建立找礦模型，更能對所獲得的各種信息數(shù)據(jù)進(jìn)行有效而充分的綜合，并轉(zhuǎn)化為礦產(chǎn)預(yù)測的各種地質(zhì)標(biāo)志，提高找礦預(yù)測的效率及準(zhǔn)確性。

GIS礦產(chǎn)預(yù)測的發(fā)展趨勢

隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，GIS成為礦產(chǎn)資源評價及成礦預(yù)測的一種強有力的工具，在成礦預(yù)測實踐中得到廣泛應(yīng)用，在多源地學(xué)數(shù)據(jù)的集成管理、模型建立及空間分析方面具有不可比擬的優(yōu)勢。隨著時態(tài)GIS［17－18］、三維GIS［19－21］、WebGIS［22－24］的發(fā)展，GIS技術(shù)在時空演化、三維可視化、數(shù)據(jù)開放共享的方面不斷拓展，這為成礦時空變化規(guī)律的有效闡述、成礦預(yù)測的三維立體直觀表達(dá)、GIS數(shù)據(jù)的共享提供了實現(xiàn)的途徑，成為GIS目前的發(fā)展趨勢。