矿产资源量计算与预测效果评价的方法和程序

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1、矿产资源量计算与预测效果评价的方法和程序李新中 徐振邦 曾凡刚本文1997年4月收到,李翠华编辑。 地质矿产部科技司高科技项目 矿产资源地质环境专家系统(8505705 - 1)资助(北京大学地质学系 北京100871)在地质变量研究成果的基础上,以数据库技术和专家系统技术为核心,应用C程序语言设计和实现了一个集建模、 资源预测、 效果分析与解释为一体的智能程序系统。它能够根据不同的数据水平分别采用总和式和非总和式评价方法实现资源量的估算。特别是对于非总和式估计系统实现了预测成果的四定,即:定预测资源量、 定预测单元位置、 定主要控矿因素组合及有利数据区间和定预测单元的成矿概率,基本上考虑到了

2、各类固体矿产资源评价的方法特点,因此该系统可以作为地质科研人员进行资源快速评价的辅助工具。关键词 数据库 专家系统 资源量 数学模型 网格单元矿产资源评价是一门综 合性很强的研究工作,它所需 要的数据量大,而且种类繁 多,除定性、 定量、 图表等地质数据外,还有地球物理数据、 地球化学数据和卫星影象遥感资料等。因 此,如何把这些所观察到的地质现象和测定 的大量地质数据、 经验数据联系起来,转化成 矿产资源量的概念,仅靠传统的手工分析方法已十分困难。面对目前日益迅速膨胀的各 种来源的数据信息,采用计算机进行管理和 分析处理,则可以对较大面积的矿产资源评 价进行快速处理。本文就是在这一领域的探 索

3、和实践。矿产资源评价是对未知区的矿产资源量 的预测评价。传统的矿产预测工作,主要是 通过地质人员的主观分析,圈定成矿远景区。 但随着找矿难度的增大,决策部门不仅希望 得到总的资源量估算,而且还希望明确知道矿产资源潜力的具体分布形式及找矿靶区, 如矿产资源的个数、 可能产出的矿产资源的 空间位置、 找矿概率及有利找矿标志的组合 等。为了实现这一目标,建立了相应的理论指导原则。这些理论可以归纳为以下几点: 地壳矿产资源富有度理论、 地质类比理论、 矿 产资源评价的模型理论、 地质变量的综合和 分解理论、 综和信息预测理论及地质解释理论等。这些理论的基本思想都是通过对已知 区的研究来间接的计算未知区

4、的评价参数和 资源量。其预测工作的总体步骤可分为以下4步:1)在已知区建立矿产资源的定量评价模型;2)寻找在地质环境和构造格架上类似于 已知区的未知区;3)将已知区的资源定量评价模型外推到 未知区,进而估计未知区的资源量及找矿概率;4)根据评价模型的客观估算结果进行地 质解释,并对未知区作出合理的地质评价。1 矿产资源评价系统结构功能设计根据以上矿产资源评价的基本思想和方 法步骤,在地质变量研究成果的基础上,我们 以数据库技术和专家系统技术为核心,应用C程序语言设计和实现了一个集建模、资源83第34卷 第1期 1998年1月地质与勘探 GEOLOGY AND PROSPECTINGVol. 3

5、4No. 1 January ,1998预测、 效果分析与解释为一体的智能程序系 统。在进行软件设计和实现时将资源评价的 全过程分为三大模块来完成,即:数据库管理 模块、 资源量计算模块和矿产资源评价咨询 系统,其系统结构框图见图1。由功能框图可以看出未知区的矿产资源评价分为两类: 一是网格单元资源量的计算,即:通过建立模 型单元成矿有利度与其资源量的定量关系来 推算各预测单元不同级别及类型的资源量; 二是非网格单元资源量的计算,即:通过非网格单元资源量计算法如体积估计法,丰度估 计法等来估计靶区的资源量。计算结果以图 形的方式显示预测区资源量及空间位置分布 图。预测效果的评价主要根据专家的经

6、验和 知识对系统圈定的靶区及其资源量作出合理的地质解释。2 数据库管理模块数据库管理模块主要是对与矿产资源评 价有关的数据文件、 数据库以及和数据库相应的分析系统进行管理和维护,如数据的存 储、 检索和编辑等功能。数据是数据库的基 本素材,它既有原始数据模型又有得到转换 后的方法数据模型,如物探、 化探、 遥感原始 数据;信息提取系统提供的地质变量数据等;方法数据模型有经地质变量研究模块提供的 变换后的数据、 不同方法数学模型的各项参 数数据文件、 典型矿床的地质环境参数的数 据文件以及资源评价的整个过程中生成的中 间数据文件等。按数据类型分为4类。1)模型网格单元数据库包括模型单元已探明的资

7、源量、 不同数 学模型所计算的单元成矿有利度数据、 模型 单元空间位置坐标,单元中所提取的地质变 量数值及数学模型的各项参数等。2)预测网格单元数据库包括预测单元的空间位置坐标、 不同数 学模型所计算的预测单元找矿有利度数据及 图件取值系统提取的地质变量的数值等。3)典型矿床各项参数数据文件如资源量、 矿石体重、 地壳深度、 成矿元 素地壳丰度值,矿石品位及非网格单元预测 方法数学模型的各项参数等。4)原始数据文件地质科研人员在野外调查中获取的第一 手资料,包括各种图表、 观测设备的测量值及 各种室内化验分析数据等。以上数据文件格式在主系统咨询过程中 均能自动转换为系统内部的使用格式,因而在资

8、源评价过程中可直接被其它模块如资源 量计算程序直接调用,从而使整个程序系统 通过数据文件的自动交换而有机的联系起 来。数据的编辑操作可通过全屏幕文本编辑 软件如Winword 6. 0或基于DOS的纯文本编辑器Edlin. com等对数据文件进行增删改 操作。用户也可应用主系统提供的Foxpro 关系数据库Foxpro3. 0语言或功能强大的GURU关系后标准数据库查询语言进行编 辑检索等操作。3 资源量计算模块目前,使用资源量计算的方法基础仍然 是地质类比,就是通过对研究程度比较高的 地区建立数学模型进而外推到地质环境和成矿地质条件相类似的预测区进行资源量估 算。根据研究区的资料水平,资源量

9、估算方 法又分为总和式和非总和式估算,总合式估 计就是资源总量的估计,它不要求预测矿床 的个数和空间位置,非总合式估计则要求预测置信水平在0. 05至0. 95概率范围内估计 的资源数量、 空间位置、 找矿概率、 有利标志 组合及有利区间,即实现资源估算的四 定3。为此,系统提供了两种估算资源的计 算方法:一是非网格单元法;二是网格单元法,其又包括模型单元法5和无模型单元 法。其具体方法内容简述如下:1)非网格单元法非网格单元法也称总和式或地质体单元93第1期 李新中:矿产资源量计算与预测效果评价的方法和程序 法,其主要根据已知矿床的地质环境、 矿床值 和一些简单的地质标志来估计预测区的矿产

10、资源。其方法主要有:区域价值估计法、 体积 估计法、 丰度法、 矿床模型法、 蒙特卡洛法、 拉 斯基律法和齐波夫律法等2 ,4。2)网格单元法网格单元法是根据统计分析随机抽样的 原理,将预测区和研究区划分成等大的矩形 单元,以此为单位建立数学模型外推到预测 区的方法。根据赵鹏大教授提出的成矿预测基本理论2,其又可分为基于类比的模型单 元定量预测法和基于求异的无模型单元定量 预测法。(1)模型单元预测法根据地质信息的水平以及预测方法的应用条件又分为定量变量数学模型、 定性变量 数学模型和混合变量数学模型。定量变量数 学模型,也称为连续型地质变量数学模型,有 线性回归、 非线性回归、 序贯判别、

11、逐步判别、 贝叶斯判别、 费歇判别及逻辑斯蒂判别等方法;定性变量数学模型,也称离散变量数学模 型,有特征分析法、 训练迭代法、 逻辑信息法、 数量化理论 2及数量化理论 2等方法; 混合变量数学模型有概率回归、 逻辑斯蒂判 别、 数量化理论 1及数量化理论 1等方法。(2)无模型单元预测法它是以求异理论为指导,应用数学方法 找出不同地质背景的各种成矿因素和标志异 常及位置,并结合地质环境的研究来寻找未知矿床。其具体的数学分析方法有Q型聚 类分析、 因子分析、 成矿能量法,Q型非线性 映射、 趋势分析9 ,10和地质统计学11等。需要说明的是,对于非网格单元法建立 的数学模型一般可直接估算出预测

12、区的资源量,而对于网格单元法一般先计算出单元成 矿有利度值,再通过分析和研究单元成矿有 利度和已知单元资源量的线性或非线性的函 数关系,进而作出单元有利度和单元资源量的散点图,并根据其曲线类型选择一定的函 数进行拟合,由此估算出预测单元的资源量。 系统提供的拟合方法主要有如下几种: 线性拟合函数 y=a+bx 对数拟合函数 y=a+b lg x 指数拟合函数y1=aebx;y2=aeb / x;y3=abx 几何拟合函数 y=axb 双曲拟合函数y= 1/ ( a0+a1x+a2x2+anxn) 富利叶拟合函数y=a0+akcos(kx)+bksin (kx)其中k= 1 ,2 ,n 多项式拟

13、合函数y=a0+a1x+a2x2+anxn系统提供了下拉式命令选择的界面形 式,用户对某种矿产资源的估计可随意选择 模型,并综合比较各拟合函数的误差参数,最 后得出最佳估算函数模型。以陕西勉略宁地 区为预测实例,如表1为模型单元已探明的Au和Cu的资源量及由特征分析计算的单 元有利度值,由此建立了单元有利度值和资 源量的函数关系,其拟合函数见表2。4 预测结果的四定系统根据地质变量研究模块及资源量计 算模块基本实现了矿床统计预测成果的四 定:即定预测单元的空间位置;定资源量;定 主要控矿因素组合及有利区间;定预测单元 的成矿概率。如根据陕西勉略宁地区19个 模型单元及525个预测单元输出的资源

14、量靶 区空间定位分布图,其输出图形分平面图(图2)及立体图两种形式。主要控矿因素组合及有利区间和单元成矿概率则以表格形式输 出,分为已知矿床(点)出露单元成矿有利区 间值及预测单元成矿有利区间值和成矿概率(表3)。14第1期 李新中:矿产资源量计算与预测效果评价的方法和程序 表1 模型单元及Cu、Au矿种资源量和有利度值预测矿种AuAuAuAuAuAuAuAu 单元号566097113215274481500 资源量( Kg)96241115150741501317304696 有利度值0. 44170. 80950. 61030. 01960. 42750. 65160 . 35090. 6

15、299续表1预测矿种CuCuCuCuCuCuCuCu 单元号97113137215243269274481 资源量(t)2737672000001187870024440250 有利度值0. 61030. 01960. 76470. 42750. 60110. 40270. 65160. 3509表2 Cu、Au矿种资源量预测拟合函数矿种拟合函数式预测拟合函数相关系数确定系数标准差Auy=a+bxy= 1318.51 + 1676.71x0. 1190. 0143646. 04y=a+b lg xy= 2786.13 + 622.78lg x0. 2210. 0493581. 85y=aebx

16、y= 1087.65e1.79x0. 4530. 2051. 99y=aeb / xy= 707. 26e- 0. 05 /x0.3840.1472.06Cuy=a+bxy= - 46550.3 + 152508.48x0. 5060. 25665398. 55y=a+blg xy= 43397. 8 + 16084. 1 lgx0. 2730. 07572927. 02y=aebxy= 1410.48e0.74x0. 1440. 0212. 82y=aeb / xy= 1077.11e0.01/ x0. 0550. 0032. 85表3 控矿因素组合及有利区间变量号主要控矿因素组合有利数值区间x1Au元素异常x1 1.2(克立格估值)x2Cu元素异常x2 10(克立格估值)x3重力剩余异常- 0.1 x3 0.3x4地质异常0.25 x4x5综合地球化学元素累