数学地质,创新地质找矿思路

数学地质，创新地质找矿思路——访中国科学院院士赵鹏大数学地质是新中国成立以来迅速形成的一门边缘学科。它是地质学与数学及电子计算机相结合的产物，目的是从量的方面研究和解决地质科学问题。它的出现反映了地质学从定性的描述阶段向定量研究发展的新趋势，为地质学开辟了新的发展途径。几十年来，中国学者应用这一新的科学理论，在矿产资源定量预测与评价、非线性地质学等领域取得了大量研究成果，并在矿产勘查、环境和地质灾害预报中得到广泛应用。日前，我国数学地质学科创始人、中国科学院院士赵鹏大向记者讲述了60年来我国的数学地质学科从无到有、从建立到发展的历程。数学地质方法成功解决地质勘探中的实际问题，并得到快速发展记者：您最早接触数学地质这个概念是什么时候？赵鹏大：我1954年在苏联莫斯科地质勘探学院攻读研究生，选择“矿产普查与勘探”作为专业方向，并以我国富有但在当时还属于新类型的网脉状钨锡矿床作为论文研究对象。在研究中我发现，要求有定量结果的矿产普查勘探工作缺乏定量的研究过程，大大降低了矿产普查勘探作为一门现代学科的科学性及作为实践性最强的应用学科和实际工作的可操作性。因此，我的研究生论文就把地质勘探工作和矿床地质研究定量化作为首取方向。从此，定量地学及后来的数学地质特别是定量勘查就成为我终生的研究方向。记者：您还记得最初使用数学方法成功解决了哪些实际问题？赵鹏大：1963年〜1966年，我带领学生到云南个旧锡矿区进行教学实习和科研生产，首次提出利用数学模型模拟矿床勘探过程。当时，我们集中力量帮助解决碰到的大量生产实际问题。1963年，我们针对卡房条状矿体平面呈“U”字、“Z”字、“T”字形等多种形态，层间滑动与构造断裂交错控矿，矿体宽度小、延伸大等特殊情况，着力解决矿体的连接、追索、圈定等实际问题，从中提炼出适合复杂形态矿体的数学模拟理论和方法，并提出应用数理统计研究矿床合理勘探手段及工程间距的途径和方法。1964年，在老厂矿区进行研究时，提出了细脉带型矿体的定量研究方法。1965年，在松树角矿区着重研究了接触带型锡铜矿床的勘探、评价方法和手段。实践证明，我们将概率模型应用于个旧锡矿复杂矿体勘探过程的模拟，为选择合理勘探手段、提高钻孔见矿率提供了科学依据，取得了良好的经济效益和社会效益。记者：后来的运用情况如何？赵鹏大：自1975年起，我们先后在江苏、安徽、湖北、内蒙古、云南、新疆等省区的一些矿区或成矿远景区开展了不同比例尺成矿定量预测工作。1989年，我们承担了新疆305科技攻关课题。1990年夏天，我带队深入罗布泊地区进行实地考察。课题组运用地质异常理论和矿床统计预测方法，在新疆北山地区发现两条铜镍硫化物远景成矿带，在东准噶尔地区发现一条金矿带，其中清河金矿已开始小规模堆浸开采。直至现在，成矿区划、矿产资源总量预测已成为我国地质勘查工作中必不可少的组成部分。记者：该领域如何发展成一门学科的？赵鹏大：我们于1983年提出了“矿床统计预测”的基本理论、准则和方法体系，并以此为内容，编写了教材和专著，开设了这方面的课程，从而形成了“矿床统计预测”新学科方向。从1984年起，在我国正式由国务院学位委员会批准先后在当时的武汉地质学院、长春地质学院、成都地质学院三校设置数学地质学科博士学位授权点，现该二级学科与遥感地质、勘查地球物理及勘查地球化学联合组建为新的二级学科“地球探测与信息技术”，隶属于“地质资源与地质工程”一级学科之下，从而使我国能独立自主地培养数学地质领域的最高学位的研究生。我国数学地质学科优势领域和特色方向明显，在国际上占有一席之地记者：我国学者在数学地质领域的国际地位如何？赵鹏大：在国际上，我国数学地质研究成果显著，学术影响力较大且活动比较频繁。多年来，我国每年举行一次全国数学地质学术会议或与其他专业委员会联合举办专门性学术会议，并积极开展各种技术服务和科技咨询活动。从1992年起，每四年召开一次的国际地质大会数学地质学科的分组会上，都有中国学者担任召集人或联合召集人。2007年，我国成功举办了以“数学地质及地学信息与资源环境灾害”为主题的第12届国际数学地质大会，这是国际数学地质大会首次在中国举行，也是议题综合规模较大的一次年会。1992年及2008年，国际数学地球科学协会最高奖——克伦宾奖章两度给了中国学者，这也是迄今为止亚洲仅有的两位获得者。这些赞誉足以说明中国在这一学科的国际地位。记者：我国学者在数学地质学科领域的主要贡献是什么？赵鹏大：我国学者在应用于地质领域的数学方法与模型的研究、在地质数据库与信息系统的开发研制，以及在一些专门领域的数学地质应用研究方面，如定量地层学、矿山地质统计学、沉积与成矿过程模拟、地质专家系统等方面都取得了很好的成果。总体而言，我国数学地质形成了两个优势领域，这两个领域又分别形成了两个特色方向。一是矿产资源定量预测与评价领域。这是在我国开展时间最长、涉及面最广、参与人员最多、成果最显著的一个数学地质应用研究领域。其中，“三联式”数字找矿模型及定量预测方向，是中国地质大学（武汉）及中国地质大学（北京）从1975年以来长期从事的重点研究方向。从早期的矿床统计预测到地质异常成矿预测，再到“三联式”数字找矿及定量预测，经历了20余年不间断的理论研究与预测实践，先后在江苏、新疆、湖北、河北、安徽、山东、云南等省区对铁、铜、锡、铅锌、金、油气等矿产资源进行了不同比例尺的定量预测与评价，部分经工程验证已发现新的矿体和矿床。综合信息成矿预测特色方向，是吉林大学地学院（原长春地质学院）成矿预测研究所长期从事的研究方向。他们在预测地质单元划分，地、物、化、遥成矿信息提取，数量化理论及方法的应用,综合信息成矿预测等方面具有独特之处，在一些省区，特别是辽、吉、黑、内蒙古、浙江、甘肃等省区进行过成矿预测和资源潜力评价，取得了很好的成果。另一个优势领域是非线性地质领域。其中，复杂性理论与成矿动力学研究特色方向，从20世纪末对成矿作用与耗散结构、矿床的分形性质等方面的初步探索，逐步发展为对地质系统复杂性和成矿复杂系统的研究；从尺度连续性和全局性的分形统计，逐步发展为对突变性和局部奇异性的研究，相继提出了成矿动力系统在混沌边缘分形生长和地质作用的自组织临界过程动力学等新理论，并将奇异性的定义拓展为在很小的时间—空间范围内具有巨大能量释放或巨量物质聚集的现象，提出成矿等奇异性事件所产生的结果通常具有密度与面积（尺度）分形或多重分形规律，探讨了评价随机多重分形场（如矿石品位分布）局部奇异性空间分布的数学方法，为利用多重分形理论预测矿产和地质灾害的空间分布提供了理论基础。非线性理论及其在资源评价中的应用方向，是中国地质大学地质过程与矿产资源国家重点实验室、国土资源部资源定量评价与信息工程重点实验室的重要研究方向之一。从多重分形函数的推导到多重分形原理与地质统计学的结合，从多重分形模型的提出及奇异性证据权和模糊证据权方法的研究到非线性成矿预测理论的形成，经历了10余年不懈的理论探索，先后在云南、新疆、河北等省区对锡、铜、铅锌、铁等矿产进行了定量评价与示范研究。国际《矿床地质论评》主编、挪威矿床学家N.J.Cook对中国这一领域大加赞誉，称中国的非线性理论与方法在矿产资源定量预测中的应用开拓了一个新的研究领域。地质科研要服务于生产实践，定量研究是地学发展的必然趋势记者：您对今后数学地质学科的发展有何建议？赵鹏大：传统地质学属于定性的、历史的科学。地质学与数学交叉结合，地质学走定量化发展道路是历史的必然。应该强调的是，国家任务需求驱动了数学地质的普及和发展。早在1976年，我国在宁芜地区即开展了铁铜矿床的统计预测工作，随后在福建、河北、东北三省等地区进行了相当数量的矿床统计预测及综合信息成矿定量预测。1985年第一次在全国范围内进行了铁、铜、金及石灰岩4种矿产全国性资源总量预测，2006年全国又对25种矿产开展资源总量预测工作。数学地质学为这些任务的完成作出了贡献。现实的要求需要地质学与数学紧密结合，定量化地解决问题并给出答案。而科学技术的发展，特别是数据获取和分析处理技术的发展，则为地学定量化准备了条件。现代数学地质理论和高新空