❶ 成礦預測的理論方法
一、成礦預測的理論基礎
成礦預測是應用地質成礦理論和科學方法綜合研究地質、地球物理、地球化學和遙感地質等方面的地質找礦信息，剖析成礦地質條件，總結成礦規律，建立成礦模式，應用「由已知到未知」的原則評價未知區的資源量或圈定不同級別預測區，提出勘查工作重點區段或布置具體的勘查工程，達到提高找礦工作的科學性、有效性和提高成礦地質研究程度的一項綜合性工作(趙鵬大等，2006)。礦產資源預測評價的理論歸納起來有以下幾個方面。
1.地殼礦產資源富有度理論
該理論的要點是:地殼內元素的分布是非均勻的，元素的局部富集形成有經濟價值的礦產資源，地殼內不存在完全沒有礦產資源或資源完全枯竭的地區，也不存在各種資源完全集中的地區(朱裕生，1984)。資源量評價就是要確定某一地區存在何種資源、有多少資源量。這一理論闡明了礦產資源在地殼內存在的客觀事實和對其作出評價的可能性。
2.相似類比理論
在相似地質環境中應該有相似的礦床產出。這是建立礦產資源同地質環境之間定量關系的理論指導原則。在此理論原則指導下，礦產資源預測採用「由已知到未知」的方法，即在已知區建立礦產資源量與地質條件之間關系的評價模型，外推到與已知區地質構造條件相似的預測區，對預測區的資源量作出估算(朱裕生，1984)。
3.礦產資源預測的模型理論、成礦作用的隨機函數理論和控礦因素與成礦作用的函數聯系理論
這是數學地質研究領域獲得的成果之一。礦產資源預測評價都是直接或間接使用礦床模型。在實際工作中，應用地質數據(資料)和經驗綜合，建立礦產資源與地質條件之間關系評價的數學模型，根據模型預測礦產資源量。地質理論是建立礦產資源評價數學模型的基礎(朱裕生，1984)。
4.地質變數的綜合和分解理論
地質變數是建立礦產資源預測評價模型的基礎。在各類原始地質數據中選取與礦產資源有關信息的地質變數，建立礦產資源預測評價模型，運用綜合信息進行礦產資源預測評價。這就是數據綜合的意義。現代流行的綜合信息成礦預測、礦床模型綜合地質信息預測技術是地質變數綜合理論的深化發展。綜合信息成礦預測是在地質理論為先驗前提的條件下，以地質體和礦產資源體為單元，從地質演化的角度，研究地質、地球物理、地球化學、遙感等多元信息，對它們進行綜合解釋，進而建立綜合信息找礦模型和綜合信息預測模型，用綜合信息預測模型作為工具，對研究區進行系統的評估。
對某一類型地質變數來說，評價使用的數據都經歷了漫長的地質時期，是其地質歷史行為的綜合;對於同一時間過程而言，該變數又可看成是若干個更局部的不同地質作用的綜合。從表示一系列地質作用最終結果的地質變數中分析它在各個不同時間和空間過程中的地質作用行為，特別是與資源成因有關的行為，預測礦產資源種類、位置或數量。這就是礦產資源預測評價中對變數分解的含義(朱裕生，1984)。
5.成礦系列理論
礦床成礦系列概念的全面論述是我國地質學家在長期以來找礦勘探工作和礦床地質研究過程中總結提出來的。它將在一個區域中與某一地質成礦作用有關，在空間、時間、成因上有聯系的一組礦床，作為一個整體加以研究。這對於深入認識成礦規律，指導礦床勘查工作，有重要意義。就某一區域找礦而言，在詳細研究區域地質構造背景基礎上，運用成礦系列的概念可以對該區的成礦環境、控礦因素、成礦作用和可能出現的礦床類型有一個全面的分析和認識，即建立整體觀念，根據已知礦床，找尋未知礦床，因而能起到擴大找礦思路，明確找礦方向的作用。
6.地質異常理論
地質異常是在成分、結構、構造和成因序次上與周圍環境有著明顯差異的地質體或地質體組合。如果用一個數值(或數值區間)作為閥值來表示背景場的話，凡超過或低於該閥值的場就構成地質異常。地質異常經常表現在地球物理場、地球化學場及遙感影像異常的不同，往往都是綜合異常。不同尺度的地質異常，不僅具有不同的圈定標志和不同級別的范圍大小特徵，而且與成礦的關系各不相同。全球性地質異常是地殼圈層結構的異常，區域性地質異常是控制跨省區的成礦帶、成礦省和成礦區分布的地質異常，局部性地質異常是控製成礦區內礦田、礦床和礦體產出的地質異常(趙鵬大等，2006)。
7.慣性原理
慣性原理是指客觀事物在發展變化過程中常常表現出的延續性。成礦事件及其產物———礦床的慣性現象表現為在時間、空間上具有穩定的變化趨勢。這種變化趨勢越穩定，即慣性越強，則越不易受外界因素的干擾而改變本身的變化趨勢(趙鵬大等，2006)。例如一些大的成礦帶和脈狀礦體的規模及延伸方向一般都比較穩定。成礦預測中常用的趨勢外推法就是依據地質體的有關特徵在空間上的慣性現象而發展起來的。
8.相關原理
相關原理是指任何成礦事件的發生變化都不是孤立的，而是在與其他地質作用的相互影響下發展的，並且這種相互影響常常表現為一種因果關系(趙鵬大等，2006)。例如成礦預測的對象———礦產資源通常是與各種岩石和構造有著密切的聯系，一定類型的礦床是特定的地質作用的特殊產物。相關原理有助於我們全面、深入地分析與成礦有關的各種地質因素，從而正確認識礦床的有關特徵及總結成礦規律，進而進行正確的預測。
9.地質解釋的理論
地質解釋就是把評價模型轉化為地質成因和資源特徵(期望的礦床數、噸位或品位)的概念(朱裕生，1984)。其重點是用地質專家掌握的地質理論和積累的經驗補充已經建立的礦產資源評價模型中沒有包括的礦產資源信息，並把它轉化為地質和資源量概念。
二、成礦預測的主要方法
(一)成礦預測的基本原則和特點
1.由已知到未知的原則
對未知區進行礦產資源預測，常常是應用在已知區建立的某種模型評價未知區的資源。因此，未知區的地質構造條件要與已知區高度相似。這實際上是類比理論的具體應用。
2.建立礦產資源數量與地質條件的定量關系
這是礦產資源評價模型建立的必要條件，對未知資源預測評價具有決定作用，是預測評價工作中較困難的一環。有些預測評價模型，表面看來僅研究數據參數的分布和變化而不涉及地質條件，但實際上這種分布和變化是受地質條件支配的，隱含了地質條件的作用(朱裕生，1984)。
3.地質專家的知識和經驗影響礦產資源預測評價
有些評價模型是建立在地質專家的知識和經驗基礎上的，實際上也是建立在礦產資源同各種地質條件之間的關繫上，各種地質條件隱含在地質專家的經驗和知識中(朱裕生，1984)。這種情況下，地質專家的知識和經驗對礦產資源預測評價起決定作用，要求有不同專業高水平專家進行綜合研究論證。
4.盡可能豐富的輸入信息與盡可能簡單的評價結果
礦產資源預測評價應該利用盡可能多的有用地質信息，以確保預測結果的准確度。但在結論上，則應盡可能的簡單，這樣才有利於地質人員識別和有關部門應用。
5.礦產資源定量估算的結果具有概率性
由於成礦作用的復雜性，我們所掌握的地質知識還遠遠不足以概括出一個准確的預測評價數學模型，我們所建立的各種礦產資源評價模型多帶有隨機性，預測的相應礦產資源量也具有隨機性(朱裕生，1984)。因此，預測的礦產資源具有概率性，也就是說，所估計的礦產資源量不是絕對的，是在一定概率意義下的判斷。
6.最小風險和最大含礦率原則
要求提交的預測成果在最小漏失隱伏礦床可能性的前提下，以最小的面積圈定找礦靶區的空間位置。
7.優化評價原則
優化評價是指預測人員根據對成礦規律和成礦控制因素的認識，有意識的干預模型的構成，對模型作有利成礦(或強化成礦信息)的定向轉換(但要在不改變模型預測目標的前提下)，使模型突出一些其中重要的預測標志(或控礦因素)的信息，抑制某些成礦意義不明顯或干擾較強的信息，迫使模型向成礦有利方向濃縮信息，突出找礦標志，逐步逼近潛在礦床，實現模型的定量化轉換，最後提出最優找礦靶區(趙鵬大等，2006)。
(二)成礦預測評價方法簡介
成礦預測是對過去發生的成礦事件的未知特徵進行的估計或推斷。預測的過程是一種嚴密的科學邏輯思維過程，包括觀察、分析、歸納及推理等認識環節(趙鵬大等，2006)。具體的成礦預測方法有數十種，根據成礦預測評價的范圍不同，可分為區域礦產資源預測評價、礦區預測評價和礦床預測評價三類，每類採用的具體方法有所區別(朱裕生，1984)。
1.區域礦產資源總量預測評價方法
(1)非地質標志的評價方法，包括齊波夫定律、歷史產量法、拉斯基定律、赫威特曲線、空間分布統計模型等。
(2)主觀評價方法，包括地質類比法、簡單主觀概率法、復雜主觀概率法、主觀網路法、德爾菲法等。
(3)簡單地質標志模型評價方法，如體積估計法、區域價值評估法、趨勢面分析法、豐度估計法等。
(4)定性地質標志模型評價方法，如模糊數學、邏輯信息法、特徵分析法、數量化理論、概率回歸、秩相關分析、蒙特卡羅法等方法。
2.礦區礦產資源總量預測評價方法
(1)主觀評價方法，同區域評價方法(2)。
(2)成礦標志評價模型，如判斷分析法、聚類分析法、回歸分析法、因子分析法、對應分析法、礦床模型法、成因地質模型法等。
(3)定性成礦地質標志評價模型，同區域評價方法(4)。
(4)趨勢外推法，包括礦體外部特徵變化趨勢外推法、礦體內部特徵變化趨勢外推法、成礦物化條件變化趨勢外推法、控礦因素變化趨勢外推法、預測標志變化趨勢外推法、成礦規律趨勢外推法等(趙鵬大等，2006)。
3.礦床礦產資源總量預測方法
(1)地質幾何法。
(2)地質－地球化學法。
(3)地質－地球物理法。
(4)趨勢外推法，同礦區評價(4)。
不同區域礦產資源預測評價方法是相對的，在具體預測評價中可以靈活地選用各種方法。各種礦產資源預測評價方法真正的基礎是地質類比法。現代的礦產資源預測評價方法是與傳統地質方法既有聯系，又有發展的定量評價方法，是在地質研究的基礎上圍繞著礦產資源預測評價這個總目標應用數學方法建立各種模型，對一個地理區域、成礦區(帶)或更小地區(礦床)作出潛在資源量的估計。
三、本項目金礦預測採用的方法
(一)膠西北區域金礦總量定量預測方法
膠西北金礦成礦地質條件復雜，找礦信息多元，因此難以用單一簡單的預測方法對其資源總量進行正確評價。本次工作在前人工作的基礎上，採用以綜合信息成礦預測為基礎的多種預測評價方法對膠西北地區進行金礦資源總量預測。
1.綜合信息成礦預測
應用數學地質方法，藉助於計算機將各種與礦產有關的地質要素、物探、化探和重砂異常等找礦信息加以綜合解譯而進行的礦產預測工作。綜合信息成礦預測強調以地質為前提，以地質體為單元提取綜合信息建立綜合信息模型，以類比法進行礦產預測。本次預測在典型礦床、區域成礦規律、成礦條件研究的基礎上，提取與成礦有關的有用信息，進行信息之間及信息與金礦資源之間統計對比，確定有用信息與金礦的關聯。在有用信息分析基礎上進行地質變數選擇和賦值，並將變數分為定位變數和定量變數兩種類型。
(1)定位變數選擇。
定位變數的選擇，主要考慮有用信息與資源特徵的關系、在單元中有無統計性規律及信息的性質等因素。為實現對礦產資源的定位預測，建立了三態和二態兩個變數系統，變數取自地層、構造、岩漿岩、重力、航磁、地球物理推斷、重砂、化探、遙感九方面信息。
二態變數系統共選擇了49個變數:
地層:①太古宙變質岩系;②荊山群、粉子山群;③地層成片出露;④地層呈殘留體出露。
構造:⑤主構造為Ⅱ級構造;⑥主構造為Ⅲ級構造;⑦主構造方向為NE向、NNE向;⑧次級構造發育;⑨構造破碎帶發育;⑩韌性變形發育;瑏瑡Ⅱ級構造從單元中間通過;瑏瑢單元位於Ⅱ級構造下盤;瑏A構造蝕變帶為完全分帶;瑏A蝕變類型為絹英岩化、硅化、黃鐵礦化。
岩漿岩:瑏瑥太古宙TTG岩系、侏羅紀玲瓏花崗岩(九曲、雲山、崔召岩體);瑏瑦白堊紀郭家嶺、文登、偉德山花崗岩;瑏瑧岩體相帶為邊緣相;瑏瑨片麻狀、似斑狀中粗粒花崗岩;瑏瑩接觸帶為斷層接觸;瑐瑠接觸帶為侵入接觸;瑐瑡石英脈、煌斑岩、輝綠玢岩岩脈發育。
重力:瑐瑢等值線為緩梯度帶、鼻狀區、扭曲區，速率小於1.5×10－5m/(s2·km);瑐A等值線為較緩的梯度帶，有彎曲，速率為(1.5～2.5)×10－5m/(s2·km);瑐A重力場值在0～30×10－5m/s2之間。
磁場:瑐瑥低緩交變場、低正場、低負場;瑐瑦有NE、NNE向磁場軸向。
地球物理推斷:瑐瑧EW向基底構造≥10km;瑐瑨EW向基底構造為5km;瑐瑩NE、NNE向構造＞5km;瑑瑠NE、NNE向構造為3km;瑑瑡NNE、NE與近EW向構造交匯;瑑瑢岩體的超覆、港灣狀、舌狀部位;瑑A隱伏岩體存在。
重砂:瑑AⅠ、Ⅱ級金重砂異常;瑑瑥以金為主Ⅰ、Ⅱ級組合異常;瑑瑦重砂異常與構造吻合程度較好;瑑瑧異常規模(與單元面積之比)＞50%。
化探:瑑瑨金化探組合異常;瑑瑩其他組合異常;瑒瑠化探異常規模(與單元面積之比)＞50%;瑒瑡化探異常與構造吻合程度較好;瑒瑢金異常值＞4×10－9;瑒A金異常值(2～4)×10－9。
遙感:瑒A環形構造發育;瑒瑥環形構造存在;瑒瑦EW向線性構造發育;瑒瑧其他方向線性構造發育;瑒瑨環線交、切程度復雜;瑒瑩環線交、切程度簡單。
三態變數系統共選擇了31個地質變數，變數名稱及與成礦的關系見表9－1。
(2)定量變數選擇。
定量預測變數，是描述性定量變數，能表達預測目標在規模上的差異，可以反映資源規模級別。同時，這些變數也是連續性變數，是用於回歸預測模型進行地質單元資源量預測的變數。
描述性變數共包括7項25個變數:
1)預測單元與Ⅱ級斷裂的距離:①隨距離的增大，資源量規模變小，但二者不具有明顯的線形關系;②賦存特大型、大型礦床的單元，多位於斷裂帶附近;賦存小型礦床的單元，多離主斷裂4km以上;賦存中型礦床的單元其規律性不明顯，即可近可遠。說明這個信息對大型以上和小型礦具有區分能力。因此構置:①0km;②＜4km;③≥4km三個變數。
表9－1 三態變數類型一覽表
2)單元與構造交匯點的距離:隨著遠離構造交匯點，單元礦床規模呈變小趨勢。賦存特大型礦床的單元多在交點上，賦存小型礦床的單元則在遠離交點的10km以上范圍內，而賦存中型礦床的單元多數在5～10km范圍內。據此設置①＜5km;②5～10km;③＞10km三個變數。
3)控礦斷裂帶的寬度:膠西北金礦資源儲量規模有隨斷裂帶寬度增大而變大的趨勢，賦存中、小型礦床的單元其控礦斷裂帶寬度多數不大於10m，賦存特大型礦床的單元其控礦斷裂帶都在100m以上，賦存大型礦床的單元其控礦斷裂帶寬度變化較大。據此確定①≥50m;②50～10m;③＜10m三個變數。
4)金分散流異常面積與單元面積比:單元礦床規模同金分散流異常面積與單元面積的比值具有一定線形關系，僅個別單元擺動較大，不同規模單元有相對集中性。可以分為①＞90%;②70%～90%;③25%～70%;④＜25%四種區間，即為四種變數。
5)金異常面積:分為①＞70km2;②30～70km2;③10～30km2;④＜10km2四個類型，構置為四個變數。
6)金異常濃度:分為①＞200×10－9;②(50～200)×10－9;③(20～50)×10－9;④＜20×10－9四級，構置為四個變數。
7)面金屬量與單元面積比:分成①＞200;②100～200;③10～100;④＜10四個比值區間，構置為四個變數。
2.定性地質標志模型評價方法
本次膠西北金礦資源總量預測評價使用的具體方法類型是區域礦產資源總量預測中的定性地質標志模型評價方法。在地質單元劃分和變數提取基礎上，建立模型單元，通過模型單元研究，建立數學模型，進行礦田的定位定量預測，優選找礦靶區。涉及4種數學預測評價方法:特徵分析法———判斷金礦資源的分布位置，邏輯信息法———評價資源量規模級別，蒙特卡羅法———預測成礦帶(田)的資源量，回歸分析法———確定資源量的空間分布。
特徵分析法又稱決策模擬，一種用於礦產統計預測的數學地質方法，其原理為由多個礦產統計預測變數中提取綜合特徵，根據綜合特徵建立模擬區和預測區之間的定量關系，並達到對未知區預測的目的。由於使用的計算方法不同，特徵分析有不同的模型，常用的3種模型為:乘積矩陣矢量長度法模型、乘積矩陣主分量法模型和概率矩陣主分量法模型。特徵分析法能幫助我們減少因原始數據不完備所引起的資源評價結果不確定性。它應用礦床的三維環境(包括地質環境、物理特徵、化學特徵和衛星影像特徵)以及礦床產地和形成作用(即成因)的數據建立，檢查和運用礦床模型，快速確定評價區的評價對象(單元或礦點)同已知模型的相似程度，或產出礦床的有利程度。
邏輯信息法是使用定性地質資料進行礦產資源評價的方法之一。該法是以數理邏輯、組合分析及概率統計為基礎的一種綜合性數學分析方法。藉助組合分析和邏輯運算，比較觀測對象結構關系的相似性，並確定這種結構中個別元素的作用。邏輯信息法的實質是對比預測對象的觀測數據在構形上的變化和結構上的相似性。邏輯信息法是預測資源規模的有效方法，它通過對已知模型礦田單元的合理分級，建立變異序列篩選變數，計算標志權、模型及預測單元的對象權而達到預測資源量規模的目的。
蒙特卡羅法又稱統計實驗法、隨機模擬法，是一種通過隨機變數的統計實驗、隨機模擬求解數學問題的近似解的方法。它是一種應用較多的地質問題隨機模擬方法。蒙特卡羅法模擬資源量大體分為以下過程:①構造概率模型，即建立資源量與參數之間的關聯;②建立參數的統計分布;③產生隨機數;④抽樣，形成資源量分布;⑤用資源量分布模型估計預測區資源量，從而做出評價。
回歸分析法，又稱因子分析法，經濟預測中最常用的預測方法之一。找出一個經濟變數與某些視作主變化原因的變數(解釋變數)之間的數學關系，即建立數學模型，然後用某種方法給出未來期間外生變數(即受模型中變數影響小，由外部條件決定的變數)的數值，將這些數值帶入數學模型，計算出要預測的經濟變數的未來數值，即預測值。該方法在礦產資源評價中也普遍使用，主要原因:一是它不僅能研究變數與變數之間的關系，而且能根據一個或幾個變數值(自變數)估計另一個變數(因變數)的值，並且可以推斷變數之間的關系;二是它能找到影響因變數的主要自變數和次要自變數，並確定這些變數之間的關系;三是回歸分析中的逐步回歸能自動從數量眾多的可供選擇的自變數中選出與因變數關系「最密切」的一組自變數，建立資源量與地質條件之間關系的評價模型，較直接地估算預測區的資源量。回歸分析的數學模型較多，主要有:一元線性回歸、多元線性回歸、逐步回歸、主成分回歸、非線性回歸、事件概率回歸、偏相關和多元回歸、嶺回歸、典型回歸分析和多重回歸。
(二)焦家帶深部金礦預測方法
對焦家帶深部金礦預測採用了礦區和礦床相結合的礦產資源評價方法，力求做出礦床數、位置、質量及相應數量的描述。這項工作是建立在大量翔實數據基礎上的評價工作，評價方法置於地質條件分析基礎之上，是對成礦控制因素的綜合研究。主要涉及5種預測評價方法:地質類比法、趨勢外推法、地質幾何法、地質－地球物理法、地質－地球化學法。
地質類比法是以某些勘查程度較高的礦區作為類比的標准，通過對關鍵參數的比較，對未知區進行評價的一種方法。本項目主要是通過比較已發現深部礦與淺部礦的關系、深部礦的分布產出特點，研究礦化富集規律，建立礦床模式和區域成礦模式，預測未知區礦床存在的位置、規模。
趨勢外推法是成礦預測中應用最早的一類較成熟的方法。立足於礦床(體)的已知特徵，根據礦床(體)有關特徵的自然變化趨勢從已知地段外推相鄰未知地段內的有關特徵。該方法使用簡便、直觀，效果又較好，在礦區深部及外圍的成礦預測中得以廣泛應用。本書運用趨勢外推法，根據礦體外部特徵變化外推深部礦體延深及規模，根據礦體內部特徵變化外推深部礦體品位、體重等參數，根據成礦規律外推深部尖滅再現礦體。
地質幾何法是採用幾何方法估算預測礦床的資源量，即把形狀復雜的礦體預測描繪成簡單的幾何形體，並將礦化復雜狀態轉變為在影響范圍內的均勻化狀態，達到快速、大致估算其體積和資源量的目的。本次工作採用塊段法估算預測的資源量。
地質－地球物理法是在地質勘查研究的基礎上，通過研究地球物理場或某些物理現象，以推測、確定預測對象的物性特徵，進而推斷預測對象的地質屬性。本項目主要根據CSAMT、SIP法所建立的地球物理模型和預測的礦體位置，推測未知區礦床分布。
地質－地球化學法是在地質勘查研究的基礎上，以地球化學分散暈為主要研究對象，通過調查有關元素在地殼中的分布、分散及集中的規律，結合地質分析，達到預測礦床(體學)的目的。本項目根據井中構造地球化學暈，分析判斷所處礦體位置，預測深部礦體學分布。