勘查学讲稿_勘查学4(预测理论和方法）.ppt

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1、,矿产预测的理论与方法,矿产勘查学第四讲,矿产勘查学第四章,预测能力是一切科学理论的生命线,评价科学理论的三条准则为：深刻、统一和预测，也就是说科学追求更深刻、更统一、更有预测能力的理论。可见预测能力是评价科学理论的重要标准，具有预测能力的理论才是有用的理论。任何伟大的具有生命力的理论都毫不例外地能做出基于原有的知识不可能做出的成功预测;如门捷列夫的元素周期律预测了许多未知元素，牛顿力学预测了天王星、海王星和冥王星的存在，爱因斯坦的广义相对论预测了光线弯曲、光谱线红移和水星近日点的进动等。正是这些新奇性预测的证实，才显示出这些理论的伟大和生命力。,成矿理论作为地球科学理论体系的重要组成部分，其

2、根本目的绝不仅仅是为了解释已经发现的矿床，而应该是为更加有效地发现新矿床创造具预测能力的理论工具。预测能力无疑是评价和检验成矿理论的最高标准。虽然目前对成矿理论在找矿勘查中的重要性的已获广泛认同，但随着找矿难度的增大，找矿勘查对成矿理论的要求越来越高，在实际的找矿勘查中,成矿预测的其实效果并不令人满意。,成矿理论的预测能力,提 纲,1. 矿产预测的基本理论2. 矿产预测的基本原则3. 矿产预测的层次及任务要求4. 矿产预测的地质理论基础 成矿模式5. 矿产预测的方法,1. 矿产预测的基本理论,1）基本概念2）相似类比理论3）地质异常致矿理论4）地质条件组合控矿理论,1）矿产预测的基本概念,概念

3、：矿产预测是在成矿地质理论指导下，建立矿床成矿模式, 以地质、物探、化探、遥感地质等信息为依据，建立找矿模式, 依据成矿模式和找矿模式建立切实可行的矿产预测准则，对预测区的潜在矿产资源做出预测，圈定成矿远景区段和优选找矿靶区，并提出进一步的找矿部署意见。意义：对于寻找地下隐伏矿床，预测贯穿找矿勘查的各个阶段，没有预测，找矿勘查将如同“瞎子摸象”。,Stages of an exploration project,预测的类型: 理论预测与经验预测预测的方法: 求同, 求异,矿产预测的三大理论基础：相似类比地质异常致矿地质条件组合控矿,2）相似类比理论 （求同）,概念:相似的地质环境和成矿条件可以

4、形成相似的矿床，高度概括的成矿规律可以应用到相似的地区，指导类似矿产的成矿预测类比的内容: 成矿背景（或环境）类比； 成矿条件（或控矿因素）类比； 矿化信息类比 成矿规律类比制约相似类比理论作用的因素： 成矿作用的非线性 对已知矿床了解的不全面性, 对待预测的勘查区的了解更不全面, (假相似),3）地质异常致矿理论 （求异）,原理：成矿可以在周围很大的范围内形成地质异常, 也可以说是正常均匀的地质环境是不能成矿的。地质异常：与周围背景存在明显差异的地质现象,是地质体某种性质的反映.异常预测比之类比预测的优点: 类比只能找到已知类型的矿床,异常预测可以找到新类型的矿床,地质异常的类型(分布类型和

5、组合形式): (1) 体型地质异常: 成分、岩性、岩相、结构构造 (2) 面型地质异常: 不连续面、突变面 (3) 线型地质异常: 通道 (通常为面型地质异常的交线) (4) 点型地质异常: 矿床就是一个点,地质异常的研究方法: (1) 地质异常图：平面图、剖面图 (2) 地质异常分析：区分单项异常与综合异常、不同异常间的关系、异常与已知矿化的关系 (3) 地质异常模型：概念模型、图表模型、立体模型、地质-数学模型 (4) 地质异常参数：规模、强度、广度、离散程度、衬度等 (5) 地质异常评价和预测：分析异常的意义、预测靶区,4）地质条件组合控矿理论,地质条件组合控矿是指不同层次的构造-物质组

6、合是控制和阐明不同级别的预测-普查对象(矿带-矿结-矿田-矿床-矿体)产出的必要条件。组合不仅指成矿条件，也包括地-物-化-遥感地质诸方面的联系和组合，也不限于定量组合，还可用于定性组合。,预测是检验科学理论的唯一标准；预测不是一件容易的事情；预测 忽悠（科学的预测与宗教的预测）,两个找矿实例Olympic Dam和Century找矿勘查中正确预测的重要性和艰巨性,Olympic Dam,30 mt Cu 930 000 t U3O8 1200 t Au 6700 t Ag 10 Mt REE,矿床埋埋藏在350多米的盖层下,WMC从1957年起开始在澳大利亚寻找元古代岩石中的铜矿床，到197

7、4年进入Olympic Dam 所在区域前，已经在这项目中累积投入勘探资金达2000万澳元，勘探地遍及澳大利亚的西部、中部和南部，获效甚微。在这个过程中Haynes (1972)建立了元古代玄武岩氧化形成铜矿床的概念模式，ODriscoll (1973)发现了交叉线性构造控矿的规律. 由此引起WMC逐渐将注意力移向Olympic Dam所在区。,1975年施工的第一个钻孔见到38米的铜矿化体，有趣的是当时现场的地质人员并不认识它，而是描述成coarse grained, altered, haematitic, amygdaloidal basic volcanics ，只因WMC的的技术规范

8、，严格的取样分析才没错过这一重大发现；其后一年又施工了8个钻孔未见有经济价值矿体，但此区花费已达300万元（使得整个元古代铜矿项目的花费达到了3000万元），项目面临下马的危险；地质人员坚信角砾岩和强蚀变岩石的找矿意义，且投资者又充分相信科学家的判断，才使得项目得以延续，终于在1976年施工的RDD 10号钻在地下350米以下打到了厚170米含铜达2.1 %的矿体 。,WMC历时26年的元古代铜矿勘查项目遍及了大半个澳大利亚,整个项目的累积花费在逐年增加,实际上，第一个钻孔见矿后，后面施工的孔也险些错过最大的发现,In the fields of observation, chance fav

9、ours only the prepared mind. The minds that led to this discovery had up to 40 years in preparation and the learning experience within the company concerning Proterozoic copper deposits spanned 20 years. The unique opportunities to make discoveries come infrequently, and can come unexpectedly. They

10、are fragile opportunities where imminent success can be turned into failure through lack of courage and lack of timely action. Woodall R,并不是所有的异常都具有找矿的意义勘查目标的确定必须综合考虑地质背景和成矿的概念模式,Century 铅锌矿,Pb+Zn=1380.6万吨Ag=4248吨,从1887年第一个采矿租地到1997年CRAE获这一地区的探矿权时已整整100年(命名为Century 的原因）在CRAE以前至少经历了9次系统的勘查了, 勘查的面积很广,

11、打了很多钻，就是没有覆盖Century矿体的范围，为什么?,In 1986, a regional basin analysis and a conceptual study of regional controls on base metal mineralization in the Mount Isa Inlier were carried out . The results were interpreted to indicate that the Lawn Hill district should be a high priority target. Using concepts a

12、nalogous to those used in hydrocarbon exploration, domal structures adjacent to major regional faults, such as the Termite Range fault, were viewed as conceptually favorable areas.,1986, 创新概念模式选择紧临大断层的无矿化露头的寒武系灰岩区为勘查目标区;1987, 两条20km长的重力、磁剖面测量，未见明确的重磁不连续；但在剖面西南端的土壤和部分岩石地球化学采样测得高达n1000ppm的Pb、Zn异常和30pp

13、m的Ag异常，由于寒武系灰岩中与不整合有关的n1000ppm的Zn异常并不少见，加之地表没有任何矿化显示（铁帽等），下不了钻探的决心，寻找其他证据，决定做电磁法和激电测量；,CRAE发现Century过程,随后进行的电磁测量并未发现大的深部导电体存在，这险些葬送该项目，因为当时一个普遍接受的观点是：本区以的矿体与沉积岩围岩间有足够大的导电率差异能在地表测到（实际上后来发现Century矿体的导电性很差）；有趣的是，本来已签合同要进行的激电测量因洪水推迟，后又因电磁测量未见低阻体而取消（实际后来发现的矿体是很好的极化体）；地质学家坚持才使项目继续维持,1989,在其西南约km的Watsons的古

14、采空区上发现了类似的地球化学异常，并且在其延伸方向用浅钻打到了隐伏铅锌矿体, 这才决定在地球化异常上打钻打钻。,最初的（）和后面补充的（）土壤化球化学取样及异常情况,发现剖面(B)和补充剖面(D)的地球化学异常对应矿体情况,Century的主要剖面,显示出非常好的层状矿体,The most obvious lesson is that selection of exploration techniques must be interactively modified to suit the perceived nature, geometry, and amount of exposure o

15、f targets as new field data is obtained, rather than rigidly sticking to an exploration recipe. Geologic models used by exploration teams must be flexible, to allow for unexpected endmember styles of mineralization such as at Century. Broadbent G C,2. 矿产预测的基本原则,地科院的标准：1）最小风险、最大含矿带原则2）循序渐进原则3）综合预测原则4

16、）统一标准原则5）尺度水平对等原则6）优化评价原则（p73),1）最小风险、最大含矿带原则,一方面由面上铺开，逐渐缩小和优选预测靶区；另一方面又由点及面，解剖已知矿床，建立矿床模式，指导面上工作。,2）循序渐进原则,比例尺由小到大，由选区到定位1:100万 1:10万 1:1万,3）综合预测原则,综合运用各种技术和方法 综合信息集成 未发现的矿床就象一个“迷团”，没有哪一种方法握有打开这个“迷团”的钥匙，每一种方法只有找到打开迷团钥匙的一小片。,4）统一标准原则,一个区域内对同一类型矿床预测的标准要统一，统一标准的预测结果才有可比性，才有实用性。,5）尺度水平对等原则,各种基础图件的比例尺统一

17、，预测成果图比例尺小一级；已知区和工作区的变量对等选择，变换原则统一；相似类比成果解释严格遵循相似类比准则；统一要求、统一规范的成果,6）优化评价原则,在圈定和筛选的预测靶区要进行优化评价。 (1) 尽最大可能以最小面和、最大成功率圈定靶区； (2) 筛选出找矿可能性最大的靶区,尽可能地缩小靶区,最大概率地保证有矿,矛盾,3. 矿产预测的层次及任务要求,矿产预测通常分为三个层次：小比例尺成矿预测(1:50万1:100万)：在、成矿区内进行中比例尺成矿预测(1:10万1:20万): 在、级成矿区带上进行，圈出不同类别的矿带、矿区以及可能出现单个矿田的地区大比例尺成矿预测(1:5万1:1万): 矿

18、田、矿床、矿体和矿柱,内生金属矿床成矿区划程序与找矿方法关系 (p74),4. 矿产预测的地质理论基础 成矿模式,1）模式的基本概念2）矿床存在模式3）矿床成因模式4）矿床的品位-数量模式5）成矿模式研究面临的挑战,模式源自英文的 model A model in geology is a conceptual and/or empirical standard which embodies the essential features of some population of natural geological phenomena. Although a model can be str

19、ictly descriptive, most contain interpretive elements that explain the relationships among the various descriptive features in terms of geological processes . (Hodgson) “用描述、统计数据或类比的方法，对不能直接观察或难以直接观察的现象或过程所作出的一种能起作用的假说或精确的模拟”（美国地质协会）。在中文中，使用“模式”一词对应“能起作用的假说”，而用“模型”一词对应于“精确的模拟”。 成矿模式(矿床模式)：对一组相似矿床基本特

20、征的系统整理（IUGS） 矿床模式包括三类：矿床存在模式、矿床成因模式和矿床品位-数量模式。,1）模式基本概念,建立矿床模式的目的是什么？,目的一、解释已发现的矿床和成矿现象；,目的二、为预测未发现的矿床提供一个标准，如同侦破案件时给罪犯画像。,思考！,2）矿床存在模式 矿床存在模式，又称矿床描述模式、矿床经验模式 或矿床产状模式：对已知同类型矿床中所观察到的地质特征的综合，旨在描述矿床的成矿地质条件和存在环境。(用图表表示） 实例：黑矿型火山成因块状硫化物矿床的存在模式,黑矿型火山成因块状硫化物矿床的存在模式,3）矿床成因模式矿床成因模式，又称矿床概念模式：根据已知同类型矿床的野外观察和实验

21、室资料获得的某些假设推断的地质作用和这类矿床特征作出的成矿理论合理解释。矿床成因模式分析了成矿物质的来源、迁移和富集的控制因素，描述了成矿作用的时空演化关系，解释了矿床各种特征产生的原因，从而对矿床的认识由感性上升到理性阶段，能够从理论上阐明矿床存在模式中的各种现象，并且剔除矿床存在模式中的非本质的不可靠的部分特征。问题：主观成分太多,矽卡岩斑岩型系列矿床成矿模式,斑岩型铜-金矿床成矿模式,Mineral system model: Archaean orogenic gold,DistalMagmaticFluid,Fluid from Subcreted Oceanic Crust,Met

22、amorphic Fluid,Metamorphic Fluid,SOURCE,ACTIVE PATHWAY,TRAP (& SEAL),PRESERVATION,Granulite,Amphibolite,Mid -Greenschist,Sub Greenschist,s1,s1,Volcanic Rock,Dolerite,Sedimentary Sequence,Granite I,GraniteII,after D. Groves,FLUID RELEASE & MIGRATION,Different model of Sedex Pb-Zn,Sedex矿床与MVT矿床关系模式,4）

23、矿床品位-数量模式 矿床品位-数量模式，又称矿床品位-吨位模式（或称吨-位品模式），属于矿床统计模式。以统计的方法分析某一类型矿床的品位和吨位之间的关系，以图表示。,5）成矿模式研究面临的挑战,现有成矿模式研究的两大硬伤：满足于对已有现象的解释，缺乏预测功能；成矿过程不可能在实验室再现，不可验证性。,This is very successful when looking for clone-like deposits, but unfortunately, most deposit styles are not clones (e.g. Century)The arena of locati

24、on of world class deposits through conceptual geological thinking based on the process of ore formation is still in its infancy. If we wish to focus our efforts and do things smarter not harder, it is important for orebodies which are not clones. Whiting T. （BHP Minerals, 1997),However, it should be

25、 emphasized that models are a two-edged sword. On one hand, they are a powerful means of organizing data in a form that enhances understanding and prediction. But on the other hand, by operating to exclude perception of data which does not fit the model, they have a soporific effect, that may lead t

26、o unjustified confidence in the application of the model. . C.J. Hodgson,思考：为什么现有的矿床模式往往缺乏预测能力？,原因一、成矿系统的巨大时空尺度和复杂性；,原因二、人类的知识和技术能力的局限性。,对付挑战的手段：非线性科学知识动力学数值模拟核实验和天气预报,5. 矿产预测的方法,矿产预测方法系指由描述地质体的各类数据(地、物、化、遥感)转化为矿产资源信息和预测对象(潜在矿床、矿体)整个过程所涉及的一切地质理论和技术方法。应该是一个方法体系，而不是单一的方法。主要分为如下四类：1）经验模式预测2）理论模式预测3）统计分

27、析预测4）综合预测,1）经验模式预测,预测的依据：观察和测试所得的经验事实预测的准则：矿床的存在模式推理方法：归纳、相似类比,2）理论模式预测,预测的依据：观察和测试所得的经验事实预测的准则：矿床成因概念模式推理方法：相似类比、演绎,3）统计分析预测,预测的依据：观察和测试所得的经验事实（量化的）预测的准则：矿床的统计模式推理方法：统计外延,4）综合预测（综合信息预测）,预测的依据：观察和测试所得的经验事实预测的准则：异常致矿和概念模式推理方法：数据驱动或概念驱动的数据,DATA LAYERS FOR 2D PROSPECTIVITY/ENDOWMENT ANALYSIS,Kalgoorlie

28、 Terrane,基于GIS的多元信息综合集成,INPUT FOR FLUID PATHWAYS: VARIATIONS IN STRIKE OF CRUSTAL-SCALE FAULTS,INPUT: CHEMICAL CONTRAST, Fe/(Fe + Mg + Ca), 1km,Warick Brown, 2002,PhD thesis, UWA,VOLCANIC-SEDIMENTARYCONTACTS: FLUID CAP/SEALS,Granitoid,Felsic volcanics,Sedimentary,Mafic volcanics,LEGEND,Mines,ground

29、acquisition target selection,ProspectivityMaps,INTEGRATION OF CRITICAL PARAMETERS INTO PROSPECTIVITY MAP,Regional Mineral Exploration Data,GIS,?,AnalyseCombine,Remote Sensing,Geophysics,Geochemistry,Geology,GIS raster layers,target output,1,Input feature vector,3, 8, 33, 800,FUZZY LOGIC,NEURAL NETWO

30、RKS,PROSPECTIVITY MAP USING 10 LAYERSFOR KALGOORLIE TERRANE,Warick Brown, 2002,PhD thesis, UWA,HOW GOOD IS PROSPECTIVITY / ENDOWMENT PREDICTION,Highest prospectivity “zones” occupy 80% of known gold resourceInclude only 15 gold deposits/campsHence, tend to define larger, potentially world-class, dep

31、osits and discriminate against small uneconomic depositsThis is because world-class deposits require the conjugation of more critical parameters than smaller depositsMethodology transportable to other greenstone belts, globally.,成矿预测的原理及过程图解,提高成矿预测能力的途径：,1) 不盲目追求高新技术和新奇理论，扎扎实实做好基础地质工作。目前还没有任何高新技术能取代

32、地质填图、编录和采样等基础地质工作。2) 发展地球信息探测技术，在更大的范围更准确地探测地球信息 增加信息探测的广度、深部和精确度肯定能提高成矿预测的成功率。（气象卫星对天气报）。 3) 创新地壳构造理论，更加准确推测地壳构造时空演化特征 成矿作用是一个历史事件，要恢复成矿系统和勘查区在成矿作用发生时各地质素间的空间关系和动力学关系就必须应用地壳构造理论并根据现在的地质情况进行反推。,4) 以整体论方法研究成矿理系统，揭示成矿作用的复杂性规律 复杂性是揭示成矿作用规律的最大障碍，传统还原论方法难以揭示复杂性规律，整体论（holism）方法更有效。5) 去掉多余假设，使理论的内核尽可能的简单化。

33、 “Occams Razor ”，“Everything should be made as simple as possible, but not simpler” 。6) 发展地质动力学计算模拟，通过计算模拟更深入了解成矿及相关地质系统 计算模拟是目前可以再现复杂的成矿系统时空演化历程的唯一可行的方法，可用于验证成矿理论的各种假说。7) 发展多源信息三维空间集成技术，实现推理计算化 通过计算，在三维空间内定量确定成矿的最有利部位，将从推理机制上提高成矿预测的合理性和严格性 。,5）预测理论和方法的现状和发展趋势,预测越来越重要，也越来越难预测的准确性差，成功率低简单因素类比多元信息综合集成线性预测非线性预测定性定量主观推理数值推理,