成矿预测的理论方法
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发布时间：2022-04-21 23:16
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时间：2023-06-30 07:14
一、成矿预测的理论基础
成矿预测是应用地质成矿理论和科学方法综合研究地质、地球物理、地球化学和遥感地质等方面的地质找矿信息，剖析成矿地质条件，总结成矿规律，建立成矿模式，应用“由已知到未知”的原则评价未知区的资源量或圈定不同级别预测区，提出勘查工作重点区段或布置具体的勘查工程，达到提高找矿工作的科学性、有效性和提高成矿地质研究程度的一项综合性工作(赵鹏大等，2006)。矿产资源预测评价的理论归纳起来有以下几个方面。
1.地壳矿产资源富有度理论
该理论的要点是:地壳内元素的分布是非均匀的，元素的局部富集形成有经济价值的矿产资源，地壳内不存在完全没有矿产资源或资源完全枯竭的地区，也不存在各种资源完全集中的地区(朱裕生，1984)。资源量评价就是要确定某一地区存在何种资源、有多少资源量。这一理论阐明了矿产资源在地壳内存在的客观事实和对其作出评价的可能性。
2.相似类比理论
在相似地质环境中应该有相似的矿床产出。这是建立矿产资源同地质环境之间定量关系的理论指导原则。在此理论原则指导下，矿产资源预测采用“由已知到未知”的方法，即在已知区建立矿产资源量与地质条件之间关系的评价模型，外推到与已知区地质构造条件相似的预测区，对预测区的资源量作出估算(朱裕生，1984)。
3.矿产资源预测的模型理论、成矿作用的随机函数理论和控矿因素与成矿作用的函数联系理论
这是数学地质研究领域获得的成果之一。矿产资源预测评价都是直接或间接使用矿床模型。在实际工作中，应用地质数据(资料)和经验综合，建立矿产资源与地质条件之间关系评价的数学模型，根据模型预测矿产资源量。地质理论是建立矿产资源评价数学模型的基础(朱裕生，1984)。
4.地质变量的综合和分解理论
地质变量是建立矿产资源预测评价模型的基础。在各类原始地质数据中选取与矿产资源有关信息的地质变量，建立矿产资源预测评价模型，运用综合信息进行矿产资源预测评价。这就是数据综合的意义。现代流行的综合信息成矿预测、矿床模型综合地质信息预测技术是地质变量综合理论的深化发展。综合信息成矿预测是在地质理论为先验前提的条件下，以地质体和矿产资源体为单元，从地质演化的角度，研究地质、地球物理、地球化学、遥感等多元信息，对它们进行综合解释，进而建立综合信息找矿模型和综合信息预测模型，用综合信息预测模型作为工具，对研究区进行系统的评估。
对某一类型地质变量来说，评价使用的数据都经历了漫长的地质时期，是其地质历史行为的综合;对于同一时间过程而言，该变量又可看成是若干个更局部的不同地质作用的综合。从表示一系列地质作用最终结果的地质变量中分析它在各个不同时间和空间过程中的地质作用行为，特别是与资源成因有关的行为，预测矿产资源种类、位置或数量。这就是矿产资源预测评价中对变量分解的含义(朱裕生，1984)。
5.成矿系列理论
矿床成矿系列概念的全面论述是我国地质学家在长期以来找矿勘探工作和矿床地质研究过程中总结提出来的。它将在一个区域中与某一地质成矿作用有关，在空间、时间、成因上有联系的一组矿床，作为一个整体加以研究。这对于深入认识成矿规律，指导矿床勘查工作，有重要意义。就某一区域找矿而言，在详细研究区域地质构造背景基础上，运用成矿系列的概念可以对该区的成矿环境、控矿因素、成矿作用和可能出现的矿床类型有一个全面的分析和认识，即建立整体观念，根据已知矿床，找寻未知矿床，因而能起到扩大找矿思路，明确找矿方向的作用。
6.地质异常理论
地质异常是在成分、结构、构造和成因序次上与周围环境有着明显差异的地质体或地质体组合。如果用一个数值(或数值区间)作为阀值来表示背景场的话，凡超过或低于该阀值的场就构成地质异常。地质异常经常表现在地球物理场、地球化学场及遥感影像异常的不同，往往都是综合异常。不同尺度的地质异常，不仅具有不同的圈定标志和不同级别的范围大小特征，而且与成矿的关系各不相同。全球性地质异常是地壳圈层结构的异常，区域性地质异常是控制跨省区的成矿带、成矿省和成矿区分布的地质异常，局部性地质异常是控制成矿区内矿田、矿床和矿体产出的地质异常(赵鹏大等，2006)。
7.惯性原理
惯性原理是指客观事物在发展变化过程中常常表现出的延续性。成矿事件及其产物———矿床的惯性现象表现为在时间、空间上具有稳定的变化趋势。这种变化趋势越稳定，即惯性越强，则越不易受外界因素的干扰而改变本身的变化趋势(赵鹏大等，2006)。例如一些大的成矿带和脉状矿体的规模及延伸方向一般都比较稳定。成矿预测中常用的趋势外推法就是依据地质体的有关特征在空间上的惯性现象而发展起来的。
8.相关原理
相关原理是指任何成矿事件的发生变化都不是孤立的，而是在与其他地质作用的相互影响下发展的，并且这种相互影响常常表现为一种因果关系(赵鹏大等，2006)。例如成矿预测的对象———矿产资源通常是与各种岩石和构造有着密切的联系，一定类型的矿床是特定的地质作用的特殊产物。相关原理有助于我们全面、深入地分析与成矿有关的各种地质因素，从而正确认识矿床的有关特征及总结成矿规律，进而进行正确的预测。
9.地质解释的理论
地质解释就是把评价模型转化为地质成因和资源特征(期望的矿床数、吨位或品位)的概念(朱裕生，1984)。其重点是用地质专家掌握的地质理论和积累的经验补充已经建立的矿产资源评价模型中没有包括的矿产资源信息，并把它转化为地质和资源量概念。
二、成矿预测的主要方法
(一)成矿预测的基本原则和特点
1.由已知到未知的原则
对未知区进行矿产资源预测，常常是应用在已知区建立的某种模型评价未知区的资源。因此，未知区的地质构造条件要与已知区高度相似。这实际上是类比理论的具体应用。
2.建立矿产资源数量与地质条件的定量关系
这是矿产资源评价模型建立的必要条件，对未知资源预测评价具有决定作用，是预测评价工作中较困难的一环。有些预测评价模型，表面看来仅研究数据参数的分布和变化而不涉及地质条件，但实际上这种分布和变化是受地质条件支配的，隐含了地质条件的作用(朱裕生，1984)。
3.地质专家的知识和经验影响矿产资源预测评价
有些评价模型是建立在地质专家的知识和经验基础上的，实际上也是建立在矿产资源同各种地质条件之间的关系上，各种地质条件隐含在地质专家的经验和知识中(朱裕生，1984)。这种情况下，地质专家的知识和经验对矿产资源预测评价起决定作用，要求有不同专业高水平专家进行综合研究论证。
4.尽可能丰富的输入信息与尽可能简单的评价结果
矿产资源预测评价应该利用尽可能多的有用地质信息，以确保预测结果的准确度。但在结论上，则应尽可能的简单，这样才有利于地质人员识别和有关部门应用。
5.矿产资源定量估算的结果具有概率性
由于成矿作用的复杂性，我们所掌握的地质知识还远远不足以概括出一个准确的预测评价数学模型，我们所建立的各种矿产资源评价模型多带有随机性，预测的相应矿产资源量也具有随机性(朱裕生，1984)。因此，预测的矿产资源具有概率性，也就是说，所估计的矿产资源量不是绝对的，是在一定概率意义下的判断。
6.最小风险和最大含矿率原则
要求提交的预测成果在最小漏失隐伏矿床可能性的前提下，以最小的面积圈定找矿靶区的空间位置。
7.优化评价原则
优化评价是指预测人员根据对成矿规律和成矿控制因素的认识，有意识的干预模型的构成，对模型作有利成矿(或强化成矿信息)的定向转换(但要在不改变模型预测目标的前提下)，使模型突出一些其中重要的预测标志(或控矿因素)的信息，抑制某些成矿意义不明显或干扰较强的信息，迫使模型向成矿有利方向浓缩信息，突出找矿标志，逐步*近潜在矿床，实现模型的定量化转换，最后提出最优找矿靶区(赵鹏大等，2006)。
(二)成矿预测评价方法简介
成矿预测是对过去发生的成矿事件的未知特征进行的估计或推断。预测的过程是一种严密的科学逻辑思维过程，包括观察、分析、归纳及推理等认识环节(赵鹏大等，2006)。具体的成矿预测方法有数十种，根据成矿预测评价的范围不同，可分为区域矿产资源预测评价、矿区预测评价和矿床预测评价三类，每类采用的具体方法有所区别(朱裕生，1984)。
1.区域矿产资源总量预测评价方法
(1)非地质标志的评价方法，包括齐波夫定律、历史产量法、拉斯基定律、赫威特曲线、空间分布统计模型等。
(2)主观评价方法，包括地质类比法、简单主观概率法、复杂主观概率法、主观网络法、德尔菲法等。
(3)简单地质标志模型评价方法，如体积估计法、区域价值评估法、趋势面分析法、丰度估计法等。
(4)定性地质标志模型评价方法，如模糊数学、逻辑信息法、特征分析法、数量化理论、概率回归、秩相关分析、蒙特卡罗法等方法。
2.矿区矿产资源总量预测评价方法
(1)主观评价方法，同区域评价方法(2)。
(2)成矿标志评价模型，如判断分析法、聚类分析法、回归分析法、因子分析法、对应分析法、矿床模型法、成因地质模型法等。
(3)定性成矿地质标志评价模型，同区域评价方法(4)。
(4)趋势外推法，包括矿体外部特征变化趋势外推法、矿体内部特征变化趋势外推法、成矿物化条件变化趋势外推法、控矿因素变化趋势外推法、预测标志变化趋势外推法、成矿规律趋势外推法等(赵鹏大等，2006)。
3.矿床矿产资源总量预测方法
(1)地质几何法。
(2)地质－地球化学法。
(3)地质－地球物理法。
(4)趋势外推法，同矿区评价(4)。
不同区域矿产资源预测评价方法是相对的，在具体预测评价中可以灵活地选用各种方法。各种矿产资源预测评价方法真正的基础是地质类比法。现代的矿产资源预测评价方法是与传统地质方法既有联系，又有发展的定量评价方法，是在地质研究的基础上围绕着矿产资源预测评价这个总目标应用数学方法建立各种模型，对一个地理区域、成矿区(带)或更小地区(矿床)作出潜在资源量的估计。
三、本项目金矿预测采用的方法
(一)胶西北区域金矿总量定量预测方法
胶西北金矿成矿地质条件复杂，找矿信息多元，因此难以用单一简单的预测方法对其资源总量进行正确评价。本次工作在前人工作的基础上，采用以综合信息成矿预测为基础的多种预测评价方法对胶西北地区进行金矿资源总量预测。
1.综合信息成矿预测
应用数学地质方法，借助于计算机将各种与矿产有关的地质要素、物探、化探和重砂异常等找矿信息加以综合解译而进行的矿产预测工作。综合信息成矿预测强调以地质为前提，以地质体为单元提取综合信息建立综合信息模型，以类比法进行矿产预测。本次预测在典型矿床、区域成矿规律、成矿条件研究的基础上，提取与成矿有关的有用信息，进行信息之间及信息与金矿资源之间统计对比，确定有用信息与金矿的关联。在有用信息分析基础上进行地质变量选择和赋值，并将变量分为定位变量和定量变量两种类型。
(1)定位变量选择。
定位变量的选择，主要考虑有用信息与资源特征的关系、在单元中有无统计性规律及信息的性质等因素。为实现对矿产资源的定位预测，建立了三态和二态两个变量系统，变量取自地层、构造、岩浆岩、重力、航磁、地球物理推断、重砂、化探、遥感九方面信息。
二态变量系统共选择了49个变量:
地层:①太古宙变质岩系;②荆山群、粉子山群;③地层成片出露;④地层呈残留体出露。
构造:⑤主构造为Ⅱ级构造;⑥主构造为Ⅲ级构造;⑦主构造方向为NE向、NNE向;⑧次级构造发育;⑨构造破碎带发育;⑩韧性变形发育;瑏瑡Ⅱ级构造从单元中间通过;瑏瑢单元位于Ⅱ级构造下盘;瑏A构造蚀变带为完全分带;瑏A蚀变类型为绢英岩化、硅化、黄铁矿化。
岩浆岩:瑏瑥太古宙TTG岩系、侏罗纪玲珑花岗岩(九曲、云山、崔召岩体);瑏瑦白垩纪郭家岭、文登、伟德山花岗岩;瑏瑧岩体相带为边缘相;瑏瑨片麻状、似斑状中粗粒花岗岩;瑏莹接触带为断层接触;瑐瑠接触带为侵入接触;瑐瑡石英脉、煌斑岩、辉绿玢岩岩脉发育。
重力:瑐瑢等值线为缓梯度带、鼻状区、扭曲区，速率小于1.5×10－5m/(s2·km);瑐A等值线为较缓的梯度带，有弯曲，速率为(1.5～2.5)×10－5m/(s2·km);瑐A重力场值在0～30×10－5m/s2之间。
磁场:瑐瑥低缓交变场、低正场、低负场;瑐瑦有NE、NNE向磁场轴向。
地球物理推断:瑐瑧EW向基底构造≥10km;瑐瑨EW向基底构造为5km;瑐莹NE、NNE向构造＞5km;瑑瑠NE、NNE向构造为3km;瑑瑡NNE、NE与近EW向构造交汇;瑑瑢岩体的超覆、港湾状、舌状部位;瑑A隐伏岩体存在。
重砂:瑑AⅠ、Ⅱ级金重砂异常;瑑瑥以金为主Ⅰ、Ⅱ级组合异常;瑑瑦重砂异常与构造吻合程度较好;瑑瑧异常规模(与单元面积之比)＞50%。
化探:瑑瑨金化探组合异常;瑑莹其他组合异常;瑒瑠化探异常规模(与单元面积之比)＞50%;瑒瑡化探异常与构造吻合程度较好;瑒瑢金异常值＞4×10－9;瑒A金异常值(2～4)×10－9。
遥感:瑒A环形构造发育;瑒瑥环形构造存在;瑒瑦EW向线性构造发育;瑒瑧其他方向线性构造发育;瑒瑨环线交、切程度复杂;瑒莹环线交、切程度简单。
三态变量系统共选择了31个地质变量，变量名称及与成矿的关系见表9－1。
(2)定量变量选择。
定量预测变量，是描述性定量变量，能表达预测目标在规模上的差异，可以反映资源规模级别。同时，这些变量也是连续性变量，是用于回归预测模型进行地质单元资源量预测的变量。
描述性变量共包括7项25个变量:
1)预测单元与Ⅱ级断裂的距离:①随距离的增大，资源量规模变小，但二者不具有明显的线形关系;②赋存特大型、大型矿床的单元，多位于断裂带附近;赋存小型矿床的单元，多离主断裂4km以上;赋存中型矿床的单元其规律性不明显，即可近可远。说明这个信息对大型以上和小型矿具有区分能力。因此构置:①0km;②＜4km;③≥4km三个变量。
表9－1 三态变量类型一览表
2)单元与构造交汇点的距离:随着远离构造交汇点，单元矿床规模呈变小趋势。赋存特大型矿床的单元多在交点上，赋存小型矿床的单元则在远离交点的10km以上范围内，而赋存中型矿床的单元多数在5～10km范围内。据此设置①＜5km;②5～10km;③＞10km三个变量。
3)控矿断裂带的宽度:胶西北金矿资源储量规模有随断裂带宽度增大而变大的趋势，赋存中、小型矿床的单元其控矿断裂带宽度多数不大于10m，赋存特大型矿床的单元其控矿断裂带都在100m以上，赋存大型矿床的单元其控矿断裂带宽度变化较大。据此确定①≥50m;②50～10m;③＜10m三个变量。
4)金分散流异常面积与单元面积比:单元矿床规模同金分散流异常面积与单元面积的比值具有一定线形关系，仅个别单元摆动较大，不同规模单元有相对集中性。可以分为①＞90%;②70%～90%;③25%～70%;④＜25%四种区间，即为四种变量。
5)金异常面积:分为①＞70km2;②30～70km2;③10～30km2;④＜10km2四个类型，构置为四个变量。
6)金异常浓度:分为①＞200×10－9;②(50～200)×10－9;③(20～50)×10－9;④＜20×10－9四级，构置为四个变量。
7)面金属量与单元面积比:分成①＞200;②100～200;③10～100;④＜10四个比值区间，构置为四个变量。
2.定性地质标志模型评价方法
本次胶西北金矿资源总量预测评价使用的具体方法类型是区域矿产资源总量预测中的定性地质标志模型评价方法。在地质单元划分和变量提取基础上，建立模型单元，通过模型单元研究，建立数学模型，进行矿田的定位定量预测，优选找矿靶区。涉及4种数学预测评价方法:特征分析法———判断金矿资源的分布位置，逻辑信息法———评价资源量规模级别，蒙特卡罗法———预测成矿带(田)的资源量，回归分析法———确定资源量的空间分布。
特征分析法又称决策模拟，一种用于矿产统计预测的数学地质方法，其原理为由多个矿产统计预测变量中提取综合特征，根据综合特征建立模拟区和预测区之间的定量关系，并达到对未知区预测的目的。由于使用的计算方法不同，特征分析有不同的模型，常用的3种模型为:乘积矩阵矢量长度法模型、乘积矩阵主分量法模型和概率矩阵主分量法模型。特征分析法能帮助我们减少因原始数据不完备所引起的资源评价结果不确定性。它应用矿床的三维环境(包括地质环境、物理特征、化学特征和卫星影像特征)以及矿床产地和形成作用(即成因)的数据建立，检查和运用矿床模型，快速确定评价区的评价对象(单元或矿点)同已知模型的相似程度，或产出矿床的有利程度。
逻辑信息法是使用定性地质资料进行矿产资源评价的方法之一。该法是以数理逻辑、组合分析及概率统计为基础的一种综合性数学分析方法。借助组合分析和逻辑运算，比较观测对象结构关系的相似性，并确定这种结构中个别元素的作用。逻辑信息法的实质是对比预测对象的观测数据在构形上的变化和结构上的相似性。逻辑信息法是预测资源规模的有效方法，它通过对已知模型矿田单元的合理分级，建立变异序列筛选变量，计算标志权、模型及预测单元的对象权而达到预测资源量规模的目的。
蒙特卡罗法又称统计实验法、随机模拟法，是一种通过随机变量的统计实验、随机模拟求解数学问题的近似解的方法。它是一种应用较多的地质问题随机模拟方法。蒙特卡罗法模拟资源量大体分为以下过程:①构造概率模型，即建立资源量与参数之间的关联;②建立参数的统计分布;③产生随机数;④抽样，形成资源量分布;⑤用资源量分布模型估计预测区资源量，从而做出评价。
回归分析法，又称因子分析法，经济预测中最常用的预测方法之一。找出一个经济变量与某些视作主变化原因的变量(解释变量)之间的数学关系，即建立数学模型，然后用某种方法给出未来期间外生变量(即受模型中变量影响小，由外部条件决定的变量)的数值，将这些数值带入数学模型，计算出要预测的经济变量的未来数值，即预测值。该方法在矿产资源评价中也普遍使用，主要原因:一是它不仅能研究变量与变量之间的关系，而且能根据一个或几个变量值(自变量)估计另一个变量(因变量)的值，并且可以推断变量之间的关系;二是它能找到影响因变量的主要自变量和次要自变量，并确定这些变量之间的关系;三是回归分析中的逐步回归能自动从数量众多的可供选择的自变量中选出与因变量关系“最密切”的一组自变量，建立资源量与地质条件之间关系的评价模型，较直接地估算预测区的资源量。回归分析的数学模型较多，主要有:一元线性回归、多元线性回归、逐步回归、主成分回归、非线性回归、事件概率回归、偏相关和多元回归、岭回归、典型回归分析和多重回归。
(二)焦家带深部金矿预测方法
对焦家带深部金矿预测采用了矿区和矿床相结合的矿产资源评价方法，力求做出矿床数、位置、质量及相应数量的描述。这项工作是建立在大量翔实数据基础上的评价工作，评价方法置于地质条件分析基础之上，是对成矿控制因素的综合研究。主要涉及5种预测评价方法:地质类比法、趋势外推法、地质几何法、地质－地球物理法、地质－地球化学法。
地质类比法是以某些勘查程度较高的矿区作为类比的标准，通过对关键参数的比较，对未知区进行评价的一种方法。本项目主要是通过比较已发现深部矿与浅部矿的关系、深部矿的分布产出特点，研究矿化富集规律，建立矿床模式和区域成矿模式，预测未知区矿床存在的位置、规模。
趋势外推法是成矿预测中应用最早的一类较成熟的方法。立足于矿床(体)的已知特征，根据矿床(体)有关特征的自然变化趋势从已知地段外推相邻未知地段内的有关特征。该方法使用简便、直观，效果又较好，在矿区深部及外围的成矿预测中得以广泛应用。本书运用趋势外推法，根据矿体外部特征变化外推深部矿体延深及规模，根据矿体内部特征变化外推深部矿体品位、体重等参数，根据成矿规律外推深部尖灭再现矿体。
地质几何法是采用几何方法估算预测矿床的资源量，即把形状复杂的矿体预测描绘成简单的几何形体，并将矿化复杂状态转变为在影响范围内的均匀化状态，达到快速、大致估算其体积和资源量的目的。本次工作采用块段法估算预测的资源量。
地质－地球物理法是在地质勘查研究的基础上，通过研究地球物理场或某些物理现象，以推测、确定预测对象的物性特征，进而推断预测对象的地质属性。本项目主要根据CSAMT、SIP法所建立的地球物理模型和预测的矿体位置，推测未知区矿床分布。
地质－地球化学法是在地质勘查研究的基础上，以地球化学分散晕为主要研究对象，通过调查有关元素在地壳中的分布、分散及集中的规律，结合地质分析，达到预测矿床(体学)的目的。本项目根据井中构造地球化学晕，分析判断所处矿体位置，预测深部矿体学分布。
