樊銘靜，肖克炎，徐旸

(1.自然資源部成礦作用與資源評價重點實驗室，中國地質科學院礦產(chǎn)資源研究所，北京 100037;2.中國地質大學(武漢)地質調查研究院，武漢 430074;3.中國地質大學(北京)地質科學研究院，北京 100083)

礦產(chǎn)資源是人類生存不可缺少的物質基礎，在人類有活動的歷史長河中，以使用某種礦產(chǎn)資源鑄就的工具(用具)來命名，如石器時代、青銅器時代、鐵器時代等，這說明礦產(chǎn)資源對人類生活的影響深遠。隨著科學技術的進步，人類日常所使用的各種生活器具越來越需要礦產(chǎn)資源獨特的屬性來實現(xiàn)其高度專業(yè)化的功能，許多礦產(chǎn)的需求量受到科學技術、人類生活、國家政策的影響，因此許多國家開始考慮這種應用與現(xiàn)代技術中的有重要作用的礦產(chǎn)資源的危機性[1-3]。有的國家將這種礦產(chǎn)資源稱為關鍵性礦產(chǎn)資源，有的稱之為戰(zhàn)略性礦產(chǎn)資源、戰(zhàn)略新興礦產(chǎn)資源等，雖然名稱不同，但是其本質是相通的，即對本國或者其他國家的經(jīng)濟安全有制約作用的礦產(chǎn)資源。這些礦產(chǎn)資源的總量在地球上是有限的，分布不均勻，而且目前全球各國對于關鍵性礦產(chǎn)資源的儲量與資源量仍有很大的不確定性，因此需要加大對關鍵性礦產(chǎn)資源的潛力評價工作，為關鍵性礦產(chǎn)資源戰(zhàn)略決策提供依據(jù)。

現(xiàn)簡要歸納梳理全球幾大礦業(yè)國關于關鍵礦產(chǎn)資源的政策策略，對全球關鍵礦產(chǎn)資源潛力評價的理論與方法進行總結，簡要分析當前國內外對于關鍵礦產(chǎn)資源潛力評價中存在的問題及趨勢。

1 關鍵礦產(chǎn)資源的內涵

所謂的關鍵礦產(chǎn)資源，是人類社會發(fā)展到關鍵階段、在關鍵場合發(fā)揮關鍵性作用的礦產(chǎn)資源[4]。它們是支撐節(jié)能環(huán)保、新一代信息科技、生物、高端裝備制造、新能源等新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要材料，是產(chǎn)業(yè)升級換代不可替代的動力之源。它在不同歷史時期不同的國家具有不同的名稱和目標礦種。

美國將為軍事、工業(yè)、民眾生活提供基本需求的礦產(chǎn)資源，以及在國家緊急狀態(tài)期間，國家緊需的礦產(chǎn)資源,統(tǒng)稱之為戰(zhàn)略高技術礦產(chǎn)，用于軍事用途的材料是戰(zhàn)略性的，而那些來自國外的供應威脅可能會對國家經(jīng)濟造成損害的材料是關鍵的[5]。1917年Charles Kenneth Leith 列出了第一份非官方的工業(yè)性質的戰(zhàn)略資源清單；第一份正式的官方清單是在1921年由原總參謀部供應司主持下編制的；Roush于1939年出版的《戰(zhàn)略資源-紐約》一書記錄了美國1917—1939年間15份不同的戰(zhàn)略-關鍵礦產(chǎn)資源清單，匯總了對于關鍵、戰(zhàn)略性礦產(chǎn)的定義指出戰(zhàn)略是工業(yè)需求、國防需求或者兩者兼而有之[6]；關鍵性指可能會是一種短缺與需求增加,經(jīng)過國家政策和市場的刺激,可能會維持在自給自足的狀態(tài)；Evans指出用于軍事目的材料被認為是戰(zhàn)略性的，如果未來涉及國外供應的事件可能對一個國家的經(jīng)濟造成嚴重損害，這種就被稱為關鍵的；1974年美國的國際經(jīng)濟委員會報告了19個關鍵材料的清單；在1978—1979年對非燃料礦物政策總統(tǒng)審查中，商務部的工作人員代表簡潔地總結了其概念：“關鍵意味著你需要它，戰(zhàn)略意味著沒有它”。1982年國家指標體系報告對國內關鍵礦產(chǎn)供應情況進行了說明，指出關鍵性礦產(chǎn)資源的定義與清單列表應有政府決定，并提供了15種關鍵礦產(chǎn)清單；1984年成立了關鍵材料委員會，授權立法規(guī)定“材料”的定義；2014年美國對外進口的礦產(chǎn)品增至40多種，美國當局為了緩解礦產(chǎn)品的過度依賴，加大了全州范圍內的礦產(chǎn)資源評價，并把銻、重晶石、鈹、鈷、氟、鎵、鍺、石墨等23種礦產(chǎn)資源列為國家的關鍵礦產(chǎn)資源；2018年美國依據(jù)關鍵度、保障度、風險度三項評價指標，將對外依賴度高且對國家高新科技經(jīng)濟安全有至關重要影響的35種礦產(chǎn)列為關鍵礦產(chǎn)，詳見表1。

續(xù)表1

續(xù)表1

歐盟委員會指出:當供應短缺的風險及其對經(jīng)濟的影響高于大多數(shù)其他原材料時，這種原材料就被稱為關鍵原材料。而戰(zhàn)略性資源是其中的一個分支。歐盟相關國家對于關鍵性礦產(chǎn)資源的關注度自20世紀中后期，羅馬俱樂部在當時的一份礦產(chǎn)資源預測報告中就提到了對于礦產(chǎn)資源是不可再生的特點，它的產(chǎn)出和供應都受到一定限制，應當合理進行礦產(chǎn)資源的開發(fā)與利用；到2008年歐盟發(fā)起了一項“綜合戰(zhàn)略行動”，將確定的那些非能源礦產(chǎn)原料作為關鍵礦產(chǎn)納入該行動，以緩解本國土內礦產(chǎn)資源依賴進口嚴重問題；2009年成立礦產(chǎn)原材料供應研究小組，評價各種礦產(chǎn)的戰(zhàn)略地位；2010年歐委會企業(yè)總公司公布的關鍵礦產(chǎn)的研究報告中，對41類礦物及金屬原材料進行了分析，最終認定了銻、鈹、鈷、沸石、石墨、稀土等14種對歐盟而言最關鍵的礦產(chǎn)；2018年歐盟實施了“地平線2020”計劃，發(fā)布《歐盟原材料2050愿景與科技和創(chuàng)新路線圖》和《電池應用原材料報告》深度探討了鋰、石墨、鎳等戰(zhàn)略性原材料的供應安全問題，以降低關鍵礦產(chǎn)的全球供應風險。

澳大利亞是一個“礦車上的國家”，它將與可再生能源、航空航天、國防、汽車(尤其是電動汽車)、電信和農業(yè)技術等多個領域的一系列新興高科技應用的有關的礦產(chǎn)稱為關鍵礦產(chǎn)，被認為對主要和新興經(jīng)濟體的經(jīng)濟和工業(yè)發(fā)展至關重要。2018年澳大利亞政府和州政府承諾通過澳大利亞政府聯(lián)盟能源理事會制定一項聯(lián)合工作計劃，以抓住下游產(chǎn)業(yè)在內的關鍵礦產(chǎn)資源開發(fā)利用的新機遇；2019年澳大利亞工業(yè)創(chuàng)新與科學部發(fā)布《2019澳大利亞關鍵礦產(chǎn)戰(zhàn)略》，將稀土、鈷、鋰等24種礦產(chǎn)作為本國的礦產(chǎn)戰(zhàn)略中的關鍵礦產(chǎn)進行開采利用，目的是使資源部門能夠確保不斷增長原材料和關鍵精煉礦產(chǎn)的市場供應。

日本將以能保障資源安全穩(wěn)定供應，保障國家支柱性產(chǎn)業(yè)與基礎性建設的相關礦產(chǎn)稱為“戰(zhàn)略性礦產(chǎn)資源”。日本是個島國，礦產(chǎn)資源極度匱乏，有儲量的礦種只有12種，稀有金屬嚴重依賴進口。在這樣的形勢下，日本當局形成了以經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省為核心礦產(chǎn)資源主管部門，其在不同的時期針對不同的時代背景，及時制定礦產(chǎn)資源保障策略，并通過立法形式保障其實施。面對國際環(huán)境與進出口策略，日本于1974年開始了對銅、鎳、鉻、鎢稀有金屬的儲備工作；1982年發(fā)表了《經(jīng)濟安全保障確立》報告，其中明確16種供給結構較弱的金屬中的鎳、鉻、錳、釩、鉬、鎢、鈷7個礦種進行國家儲備；2009年日本政府出臺了《稀有金屬保障戰(zhàn)略》，將鋰、硼、鈦、鈮、鉬、鎢、錸等31個礦種，作為金屬儲備優(yōu)先考慮的戰(zhàn)略性礦產(chǎn)；2012年制定礦產(chǎn)資源保障戰(zhàn)略，將30個礦種列入礦產(chǎn)資源的重點保障列表中。

中國是一個礦產(chǎn)資源大國，但是人均礦產(chǎn)資源較少，對于關鍵性礦產(chǎn)資源的關注度與西方發(fā)達國家相比來說較晚。中國將那些影響國家發(fā)展的“卡脖子”和“被別人卡脖子”的礦產(chǎn)資源稱為 “戰(zhàn)略性礦產(chǎn)資源”，之后又提出了“戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)礦產(chǎn)資源”。自2001年“十五”計劃綱要中指出“要逐步建立戰(zhàn)略性礦產(chǎn)資源儲備和安全供應”體系之后，中國有關戰(zhàn)略性礦產(chǎn)資源的研究力度加大；2008年原國土資源部發(fā)布《全國礦產(chǎn)資源規(guī)劃(2008—2015年)》，提出加強鎢、錫、稀土、鉬、螢石、石墨、重晶石等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)密切相關的礦產(chǎn)資源的保護和開采管理要求；2011年國務院辦公廳發(fā)布《找礦突破戰(zhàn)略行動綱要(2011—2020年)》明確將稀土、稀有、稀散礦產(chǎn)、鋰、高純石英、石墨、金剛石等礦產(chǎn)作為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)所需的礦產(chǎn)；2016年發(fā)布了《全國礦產(chǎn)資源規(guī)劃(2016—2020年)》，首次將石油、煤炭、煤層氣、鈾、鐵、鉻、鎢、稀土、螢石等24種礦產(chǎn)列入戰(zhàn)略性礦產(chǎn)目錄清單，以提高中國大宗礦產(chǎn)和關鍵性礦產(chǎn)的保障程度；2019年科技部、國家自然科學基金委啟動了“戰(zhàn)略性關鍵金屬超常富集成礦動力學”重大研究計劃；2021年自然資源部會同發(fā)展改革委、科技部等部門共同組織實施《戰(zhàn)略性礦產(chǎn)找礦行動(2021—2035年)》，主要目的是摸清戰(zhàn)略性礦產(chǎn)資源的潛力，增強中國能源與戰(zhàn)略性礦產(chǎn)資源保障能力，為全面建設社會主義現(xiàn)代化國家提供堅實礦業(yè)支撐。

關鍵性礦產(chǎn)的定義隨著全球經(jīng)濟、金融市場、國際環(huán)境的變化而變化，由專家層面逐漸上升至國家層面，它的確定是基于某一個或者幾個領域，并不涉及一個國家的所有領域；它是在當前全球經(jīng)濟環(huán)境下，影響和制約國家發(fā)展的“卡脖子”資源；它的礦種清單是動態(tài)的，受到國家的科技水平、本國發(fā)展策略、國際形勢等多方面的影響?？偨Y下來關于關鍵性礦產(chǎn)資源的特性是極度耐熱、難熔、耐腐蝕、具有優(yōu)良的光電磁特性，廣泛應用于信息、生物、新材料、軍事、核工業(yè)、航空航天和新興能源等領域，是支撐戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要原材料，全球儲量分布不均詳見圖1，儲量數(shù)據(jù)來自USGS—2020。為了更加精細地確定哪些礦產(chǎn)資源是一個國家的關鍵性礦產(chǎn)資源，Timothy等提出了量化關鍵性礦產(chǎn)資源的思路及評價系統(tǒng)，為清單確定提供一種方案[7]。正如Sears所指出的，不可能比較不同人的效用水平，因此現(xiàn)代效用理論不允許經(jīng)濟學家將單個的效用組合成整個社會的一個數(shù)字[8]。認識到“視角”在決定什么是關鍵或重要的方面所起的作用，以及這種決定所伴隨的局限性，是理解什么是關鍵礦產(chǎn)的一個重要因素。

2 國內外關鍵礦產(chǎn)資源潛力評價發(fā)展進程

隨著經(jīng)濟全球化、科學技術的發(fā)展，礦產(chǎn)資源的需求量激增，越來越多的國家開始關注對本國產(chǎn)生“致命遏制”的關鍵性礦產(chǎn)資源，它具有其獨特的歷史性、區(qū)域性、經(jīng)濟安全性，對于一個國家的可持續(xù)發(fā)展具有至關重要的作用，要加大關鍵性礦產(chǎn)資源的開采、利用與管理(考慮到部分的關鍵性礦產(chǎn)資源是大宗型礦產(chǎn)的伴生礦產(chǎn))，就需要在全球礦產(chǎn)資源潛力評價工作的基礎上進行。

礦產(chǎn)資源的潛力評價工作早在20世紀40年代，杜魯門政府佩里委員會的報告中提到了礦產(chǎn)資源具有經(jīng)濟價值特性，需進行礦產(chǎn)資源的評價工作。之后在20世紀中葉至20世紀末，各個國家相繼開始了本國的礦產(chǎn)資源評價計劃：美國于1960年開始國家礦產(chǎn)資源評價計劃，對本國領土(領海)范圍內的金屬、石油資源等進行礦產(chǎn)資源的評價計劃，第一次較系統(tǒng)地對美國尚未發(fā)現(xiàn)的礦產(chǎn)資源進行潛力評價，并出版了《820項目報告》[9]，1995年的物資需求(material requirement planning，MRP)計劃，唯一提供關于非燃料礦產(chǎn)的潛力、生產(chǎn)、消費以及礦產(chǎn)環(huán)境問題的科學信息和公正研究的聯(lián)邦層面的工作框架；2002年實施全球礦產(chǎn)資源評價項目(global mineral resource assessment project，GMRAP)計劃，對未發(fā)現(xiàn)的銅、金、鉛、鎳、鉑族金屬、鋅、磷酸鹽和鉀鹽進行評估。其首要任務是識別和形式化與合作者的關系,從國家和跨國組織在七個指定評估區(qū)域。美國將礦產(chǎn)資源評價定為一項基本工作，每5年進行一次，在進行礦產(chǎn)資源評價工作中，USGS使用統(tǒng)一的“三步式”評價方法和標準的評價模型，對全美開展金、銀、銅等未發(fā)現(xiàn)的礦產(chǎn)資源潛力評價工作，并在此后的評價過程中提供統(tǒng)一的、最低標準的、對現(xiàn)有礦產(chǎn)資源信息和未發(fā)現(xiàn)礦產(chǎn)資源總潛力的估算方法，最后在評價報告中允許以礦產(chǎn)類型產(chǎn)出成礦遠景圖，以及對圈定的遠景區(qū)進行描述；加拿大早在1958年就開始了以鈾礦成礦地質圖為標志的對非工業(yè)礦產(chǎn)資源的評價工作，之后加拿大聯(lián)邦調查局應用各種評價方法開展了二十多項的全國性資源評價工作，在這個過程中運用最多的評價方法是“概念模型法”，其廣泛應用于以某個礦床類型為基礎的復合地質模型中；俄羅斯在蘇聯(lián)時期的礦產(chǎn)資源潛力評價工作主要是通過區(qū)域地質填圖(中、小比例尺)、地質普查工作來完成的，所用的評價方法是“預測普查組合法”[10-11]，之后在配合國際地球化學研究計劃的基礎上進行本土找礦的潛力評價工作，在此階段編著了1∶500萬比例尺的地球化學、生態(tài)地質學圖集和說明書；澳大利亞在20世紀90年代末開始了礦產(chǎn)資源的定量評價工作(如玻璃地球計劃、旗艦計劃等)，使用了許多定量方法，其中將美國的“三步式”評價方法與計算機輔助決策模型結合，定量評價和計算機輔助勘查模型為本國礦產(chǎn)資源潛力評價工作提供了較高精度的數(shù)據(jù)，提高了勘探的效益；日本本國的資源匱乏，早在1952年就對工業(yè)生產(chǎn)所需的礦產(chǎn)資源進行分析，并對海外的礦產(chǎn)資源進行調查，在1981年日本地質調查所提出了1981年度研究計劃，針對本國及周圍的海域的地質及地下資源進行調查研究；歐盟于1971年成立歐洲地質調查局(European Geological Surveys，EGS)進行地質調查工作,為國家的礦產(chǎn)資源、地質環(huán)境、科學研究服務。歐盟各成員國對于傳統(tǒng)礦產(chǎn)品的需求逐漸趨緩，但對于對鋰、鈷、銦、鎵、鍺等關鍵礦產(chǎn)的需求正迅速地增長，2010—2020年間歐盟各國展開了如Material4EC、ProMine、GeoERA、EGDI等為礦產(chǎn)資源評價服務項目；原中國地質礦產(chǎn)部于1979—1985年在全國范圍內開展了基于統(tǒng)一標準、統(tǒng)一規(guī)劃的以成礦帶為目標區(qū)的成礦遠景預測工作，1992—1996年開展了第二輪固體礦產(chǎn)資源潛力評價工作，該工作以地質找礦為中心，使緊缺礦種的找礦工作取得重要的進展，采用中國程裕褀、陳毓川等地質學家獨創(chuàng)的“礦床成礦系列理論”對全國礦產(chǎn)資源進行預測工作[12]。在20世紀末至21世紀初，為了鞏固大國地位，洞察全球礦產(chǎn)資源潛力，以美國、俄羅斯為首的大國開始了全球的礦產(chǎn)資源評價工作。俄羅斯于1993年開始“世界大洋北極和南極礦產(chǎn)資源潛力評價”工作，主要研究對象是深海中的錳結核、硫化物和大陸架上的石油、天然氣等；美國于2002年由USGS組織實施首例全球礦產(chǎn)資源評價項目，主要目的是圈定全球范圍內具有潛力的尚未發(fā)現(xiàn)的陸地礦產(chǎn)資源的分布情況，估算地表以下1 km以內的礦產(chǎn)資源量，并制定一套以“三部式”和標準的評價模型的礦產(chǎn)資源評價方法[13]。進入21世紀之后，美國、俄羅斯、加拿大、澳大利亞等國相繼提出了本國的礦產(chǎn)資源評價規(guī)劃方案，重點之一就是對尚未發(fā)現(xiàn)的礦產(chǎn)資源潛力進行新一輪的定量評價，資源潛力評價工作也轉向利用高精度數(shù)字化、智能化、深勘精查的調查手段與生態(tài)環(huán)境評價協(xié)同進行。

總之，從全球來看，礦產(chǎn)資源潛力評價工作的進程大致分為3個階段。

第一階段：1960年之前，定性的礦產(chǎn)資源潛力評價階段。該階段以地質類比法為主要的手段，進行未知區(qū)域的礦產(chǎn)資源評價。這一時期的代表有Allias最早使用統(tǒng)計產(chǎn)狀模型來評價阿爾及利亞-撒哈拉等區(qū)域礦產(chǎn)勘探的經(jīng)濟前景；蘇聯(lián)地礦部門開展全國范圍內的成礦規(guī)律與預測工作[14]。

第二階段：1970—1999年，定量的礦產(chǎn)資源潛力評價階段。隨著計算機科學技術的發(fā)展，礦產(chǎn)資源評價體系中引入了多元統(tǒng)計方法，推進了評價工作由定性向定量評價過渡，提高了礦產(chǎn)資源評價的精度，在這一時期主要有國際地科聯(lián)推廣的6種定量預測方法，代表性的是美國的Harris建立礦產(chǎn)資源和地質條件間的數(shù)學關系-礦產(chǎn)預測統(tǒng)計模型及倡導的全球“三步式”評價方法；加拿大Agterberg的多元統(tǒng)計分析方法和英國Brinck的豐度估計法；澳大利亞在CIS平臺上研發(fā)了“成因概念模型的資源評價系統(tǒng)”[15-17];中國的王世稱“綜合信息預測”理論、趙鵬大的“地質異常致礦”理論 和“三聯(lián)式”資源定量預測與評價理論等[18-19]。

第三階段：2000年至今。在此階段科學技術飛速發(fā)展的階段，伴隨著地質數(shù)據(jù)多元化、海量化、多源解譯的特點，使得機器學習與地質數(shù)據(jù)相融合，將各種算法運用至礦產(chǎn)資源潛力評價中，為傳統(tǒng)的礦產(chǎn)資源潛力評價轉型提供技術與平臺[20]。這一階段主要運用的礦產(chǎn)資源潛力評價的基礎理論為成礦地球動力學理論、成礦系列(系統(tǒng))成礦理論、綜合信息礦產(chǎn)預測方法理論、成礦作用動力學理論[21]，在這些理論基礎上運用現(xiàn)代的科學技術與找礦預測新方法結合形成了許多新的評價方法。如“三位一體”礦產(chǎn)預測評價方法體系、礦床模型綜合地質信息預測方法體系、隱伏礦體立體定量預測體系、三維成礦預測體系、立方體預測模型找礦方法等[22-25]。

3 國內外關鍵礦產(chǎn)資源潛力評價主要理論方法的探討

3.1 關鍵礦產(chǎn)資源評價主要理論方法與技術流程

礦產(chǎn)資源潛力評價涉及多領域方面的知識，它將地質、經(jīng)濟、環(huán)境、人文、計算機等領域的相關知識融會貫通來進行礦產(chǎn)資源的評價工作，在這個評價過程中無論是成礦預測、成礦區(qū)劃、資源量評價、環(huán)境評價等其目標、任務、采用的理論方法以及編制的圖件都是相似的，都是礦產(chǎn)資源潛力評價的一部分，所以礦產(chǎn)資源潛力評價是以成礦地質理論為依據(jù)，應用有關技術方法，在成礦地質條件有利地區(qū)對潛在礦產(chǎn)做出預測與推斷，經(jīng)后期的勘探工程的驗證，發(fā)現(xiàn)礦床的工作過程[26]。它可以為了解國內及國際礦產(chǎn)資源的分布和數(shù)量情況，為本國的礦產(chǎn)資源供應需求、資源政策、環(huán)境及公共健康安全、開發(fā)和維護國際數(shù)據(jù)庫提供可靠的數(shù)據(jù)資料[27]。

在礦產(chǎn)資源潛力評價領域，已發(fā)現(xiàn)的礦床稱為已知礦床點，與礦床形成有關的各種地質特征(如斷層、褶皺、地層巖性等)統(tǒng)稱為控礦變量。礦產(chǎn)資源潛力評價模型主要是圍繞如何發(fā)掘已知礦點與各種控礦變量之間的關系，來對未知區(qū)域進行成礦的潛力評價。全球關鍵礦產(chǎn)有的是獨立成礦的礦產(chǎn)資源，但是大多數(shù)的礦種是大宗型礦產(chǎn)的伴生礦產(chǎn)(如白云鄂博的螢石-鈮礦、柿竹園螢石-鈹-鈮-鉭、貴州小山壩黏土型鋰礦等)。所以其資源潛力評價的方法和大宗型礦產(chǎn)等其他的礦產(chǎn)資源潛力評價的理論方法一致，只是依據(jù)礦種的不同而其潛力評價的方法的側重點不同：依據(jù)礦產(chǎn)資源潛力評價的目的不同，將其分為總分式和非總分式；依據(jù)研究對象的不同分為數(shù)據(jù)驅動型和知識驅動型；依據(jù)應用的范圍不同分為大比例尺范圍下的礦產(chǎn)資源潛力評價、中比例尺和小比例尺下的礦產(chǎn)資源潛力評價；依據(jù)評價的手段不同分為數(shù)理評價和地質評價等，這些分類隨著新理論、新技術、新方法在地學中的應用界線逐漸趨于模糊，全球礦產(chǎn)資源評價也在不斷更迭的理論方法與技術中有了突破性的進展，以不同的分類標準劃分礦產(chǎn)資源潛力評價其有不同的理論方法作為支撐，以此對主要的幾種礦產(chǎn)資源潛力評價的方法進行簡單的論述。

3.1.1 總合式和非總合式

通俗地講，總合式的礦產(chǎn)資源潛力評價即對礦產(chǎn)資源的資源總量的估計評價，是礦產(chǎn)資源潛力評價早期階段常用的評價方法，其沒有對礦產(chǎn)空間分布位置和礦產(chǎn)出現(xiàn)的頻率與個數(shù)進行評價[28]，非總合式則是彌補了總合式的這種不足，可以在一定的概率范圍內估計預測礦床的數(shù)量和所在的空間位置情況，并能在此基礎上進行礦產(chǎn)資源量的估算[29-32]?？偤鲜降脑u價方法又可以分為豐度估計法、體積估計法、德爾菲法(主觀概率法)、礦床值概率、地球化學面金屬量法、三步法、礦床模型法等，而非總合式的評價方法分為回歸分析法、反向傳播(back propagation，BP)和徑向基函數(shù)(radical basis function，RBF)等前饋型神經(jīng)網(wǎng)絡、信息量法、秩相關分析、辨別分析等[33-35]，在非總合式的方法進行礦產(chǎn)資源潛力評價工作時，主要運用的原理是類比的原理，一般是依據(jù)已知的勘探程度較高的礦產(chǎn)地區(qū)所在的單元去推測未知的或者勘探程度較低的礦產(chǎn)地區(qū)所在單元。

3.1.2 數(shù)據(jù)驅動和知識驅動

數(shù)據(jù)驅動就是利用數(shù)據(jù)信息對處理和操作的過程與流程進行控制分析；知識驅動是高級的數(shù)據(jù)驅動，是依靠相關領域的專家所掌握的知識體系進行分析推理并作出處理和決策，礦產(chǎn)資源潛力評價工作的最重要的點是需要一個博學的經(jīng)濟地質學家[36]。當然地質數(shù)據(jù)的挖掘也對地質專家進行評價起到舉足輕重的作用。地質學發(fā)展至今積累了大量的地質資料數(shù)據(jù)，隨著計算機技術的進步與地理信息系統(tǒng)(geographic information system，GIS)領域的發(fā)展，將會產(chǎn)生越來越多的地質數(shù)據(jù)，如何將這些海量的地質數(shù)據(jù)挖掘出來，進行礦產(chǎn)資源的潛力評價工作是現(xiàn)有的研究方向。以往的地質人員都是在相關的找礦理論和方法指導下，憑借已有的知識體系(經(jīng)驗)進行礦產(chǎn)資源的定性和定量的評價工作，在現(xiàn)有的礦產(chǎn)資源預測理論的不斷進步，以及虛擬現(xiàn)實技術在地學中得以運用，3S[(remote sensing，RS)、地理信息系統(tǒng)(geography information systems，GIS)和全球定位系統(tǒng)(global positioning systems，GPS)]技術、數(shù)據(jù)庫、三維地質建模及可視化一體等技術的融合發(fā)展，對于認識新的成礦規(guī)律有巨大的作用[37-39]。

目前在大數(shù)據(jù)背景下進行的礦產(chǎn)資源潛力評價工作出現(xiàn)了許多嘗試并取得了一定的效果。如Carranza[40]提出的基于柵格的地理信息系統(tǒng)(GIS)的成礦遠景數(shù)據(jù)驅動建模中最合適單元格大小的客觀選擇方法解決了建模單元主觀形成的問題；Zuo等[41]將支持向量機運用至加拿大新斯科舍省西部Meguma地區(qū)金礦床的成礦遠景圖的繪制工作中；Hariharan等[42]使用隨機森林對西澳大利亞數(shù)據(jù)較稀少地區(qū)的金礦建立預測模型；蔡惠慧等[43]采用深度自編碼網(wǎng)絡以及隨機森林的機器學習方法，實現(xiàn)對南秦嶺中段南坡地區(qū)的鎢鉬礦產(chǎn)資源進行了預測評價工作；蔡煜琦等[44]建立鈾礦資源預測評價平臺，并在平臺上運用三維分析技術和數(shù)學分析的方法進行鈾礦資源的定位與定量評價等，由此大數(shù)據(jù)驅動下的成礦預測理論-大數(shù)據(jù)智能礦產(chǎn)資源預測與找礦理論方法體系的出現(xiàn)，進一步促進有關的以三維空間數(shù)據(jù)為基礎的三維可視化軟件的開發(fā)與更新，更為數(shù)字化-智慧化找礦提供便利[45-47]。

3.1.3 大比例尺、中比例尺、小比例尺

對于礦產(chǎn)資源潛力評價工作，可以分為不同層次，需要由一個全球的成礦區(qū)帶(成礦域)如濱太平洋成礦帶(域)、特提斯-地中海成礦帶(域)等層次到國再到省(州)的一個過程，其中遵循的是循序漸進的評價原則，逐漸從小比例尺大范圍到大比例尺小范圍內進行資源潛力評價。

在美國進行GMRAP、澳大利亞使用19個模型進行的成礦省資源評價，均是在全球尺度上進行的，其中運用統(tǒng)一的評價方法“三步式”時采用的是國家層面的比例尺即小比例尺(1∶100萬、1∶50萬)，“三步式”礦產(chǎn)資源評價體系的優(yōu)勢是將地質礦床模型應用至評價工作中(圖2)[48]，在地質理論上是合理的，但是在實際的找礦中，會出現(xiàn)同一地質環(huán)境多種成礦類型共生的現(xiàn)象，這樣在圈定不同類型、不同礦種時可能出現(xiàn)重復現(xiàn)象，而在中國的礦產(chǎn)資源評價過程中形成了“成礦系列理論”以及“多尺度下的成礦系統(tǒng)理論”[49 -51]可以很好地解決這一問題，以此理論為基礎，結合物探、化探、遙感等數(shù)據(jù)信息進行區(qū)域礦產(chǎn)資源潛力評價工作并取得了較好的成效，并在此基礎上形成了“三三式”成礦系列綜合信息礦產(chǎn)資源評價方法、成礦系統(tǒng)理論的綜合信息礦產(chǎn)預測方法體系等[52-54]。大中比例尺的資源評價方法是隨著計算機技術發(fā)展與GIS應用于地質找礦領域得以更新，全球礦產(chǎn)資源潛力評價工作的進程，逐漸形成以三維立體模型為載體的礦產(chǎn)資源評價方法體系、證據(jù)權非線性定量預測評價方法、礦床模型綜合地質信息礦產(chǎn)資源預測評價方法體系，詳細方法流程見圖3，據(jù)美國的GRMRAP計劃報告[48]修改，“三位一體”深部找礦預測理論體系，詳細方法流程見圖4[55-57]。在中國的潛力評價工作中礦床模型綜合地質信息礦產(chǎn)資源潛力評價方法體系應用廣泛。該方法是將預測理論(建造構造理論、成礦系列理論、綜合信息預測理論)、預測方法(建造構造綜合信息編圖、綜合信息找礦模型、資源預測方法)、預測平臺(深部弱信息提取分析平臺RGIS、礦產(chǎn)資源定量預測平臺MRAS GEODAS)突破了地質規(guī)律預測與信息評價一體化技術瓶頸。在這套理論體系的指導下，中國經(jīng)過了全國性重要礦產(chǎn)的潛力評價工作，完成了25種重要礦種的潛力評價，而美國5年只完成6種。“三位一體”深部找礦預測理論體系的提出很好地解決了深部找礦弱信息提取、定位難等技術難題，該方法體系以不同的理論為指導，在成礦帶尺度上選擇成礦系列理論為指導，在勘查區(qū)尺度上以找礦勘查“三位一體”理論為指導，構建地質找礦模型，以此模型為約束，運用三維軟件預測平臺(MinExplore)構建多尺度的三維地質模型(地質體模型、地球物理模型、地球化學模型)、三維定量預測模型，利用大數(shù)據(jù)預測方法圈定靶區(qū)，指導找礦。該理論方法體系，首次將區(qū)域成礦預測與礦區(qū)的找礦靶區(qū)融合一起，解決區(qū)域與深部找礦的技術難題，有效縮小找礦范圍，節(jié)約成本，提高找礦預測效率與精度，并在整裝勘查區(qū)預測金資源量。

圖2 “三步式”礦產(chǎn)資源定量評價方法流程[48]Fig.2 “Three step”quantitative evaluation method of mineral resources[48]

圖3 礦床模型綜合信息成礦預測方法流程[48]Fig.3 Process of metallogenic prediction method based on comprehensive information of deposit model[48]

3.1.4 數(shù)理評價和地質評價

數(shù)理評價以數(shù)學地質學家為研究代表的預測方法，此類方法總體上側重于對信息(找礦異常信息)提取過程的研究，使用了盡可能多的數(shù)學方法模型對物、化、遙等信息不斷進行挖掘，許多預測工作較少考慮礦床類型模型問題[58]；這種評價方法較早在全球的資源評價中得以運用，例如，早期的英國進行的礦產(chǎn)資源評價中即運用了對數(shù)正態(tài)分布模型作為資源評價的基本概率統(tǒng)計模式，并將Brinck的豐度估計法運用于大區(qū)域鈾礦的資源量估算[59]。加拿大運用了多元統(tǒng)計方法預測評價了銅鋅的潛力。法國數(shù)學家Mandelbrot提出的分形理論被用于礦產(chǎn)資源的預測評價中。中國學者也提出了一系列的基于數(shù)理的評價方法，例如，鄧聚龍[60]為了解決概率統(tǒng)計模糊數(shù)學中難以解決的“小樣本，貧信息”不確定性問題提出了灰色理論系統(tǒng)；於崇文[61]將概率論的理論方法“漲落理論”引入到對成礦狀態(tài)的研究；陳桂龍等[62]應用模糊綜合判別方法進行礦產(chǎn)資源的優(yōu)劣評判；李建威[63]將模式識別的方法與數(shù)學地質結合起來，進行地球化學模式識別的研究工作；呂新彪[64]將多層反轉學習算法運用至長江中下游礦產(chǎn)資源的定量預測；陰江寧等[65]將蒙特卡洛模擬應用新疆海相火山巖型鐵礦的資源量進行了評價等。地質評價則側重與成礦規(guī)律總結，較少依據(jù)區(qū)域成礦模型和實際勘探資料圈定成礦遠景區(qū)。由于礦產(chǎn)勘查逐漸由淺部到深部勘探，勘探情況復雜，難度加大，為了進行更加詳細的了解礦產(chǎn)的空間分布情況，充分利用地質調查信息，提高礦床預測的精度，就需要系統(tǒng)掌握地質方面和數(shù)學理論方面的知識，需將兩者結合進行礦產(chǎn)資源潛力評價工作。在此就逐步形成了以“C-D因子分析法”為基礎建立礦產(chǎn)資源評價定量模型，為礦產(chǎn)資源的定性與定量評價提供便利[66]；肖克炎等[67]將證據(jù)權法與礦床模型結合，進行礦床的綜合評價；應用“數(shù)理統(tǒng)計、模糊數(shù)學、經(jīng)驗方法”從地質背景中圈出“地質異?！?，并以成礦多樣性分析與礦床譜系的研究為指導，將地質異常、成礦多樣性、礦床譜系三方面定量化研究結合形成“三聯(lián)式”資源定量預測與評價體系[68-70]；將非線性理論特別是混沌理論、分形/多重分形理論、奇異理論應用與礦產(chǎn)資源的勘查與評價方面，形成“奇異性-廣義自相似-分形譜系”理論[71]；在致礦異常和異常分形奇異性提取的基礎上，以灰色理論為基礎，進行多元信息綜合、集成，形成證據(jù)權-奇異性-灰色理論分析的找礦理論方法[72]等。

3.2 關鍵礦產(chǎn)資源評價的成果與拓展

國內外礦業(yè)國依據(jù)國家的相關政策與國情調查本國與全球的關鍵礦產(chǎn)資源潛力，運用潛力評價的理論方法與相關技術流程做出評價工作。例如，美國的GRMRAP運用三步式定量評價方法技術，該項目取得了如下成果：出版了數(shù)字地圖集(地圖中顯示了銅、PGE等未發(fā)現(xiàn)關鍵礦產(chǎn)資源的潛在區(qū)域)；對地球表面以下1～3 km深處未發(fā)現(xiàn)的銅、鉑和鉀的可能數(shù)量進行了估算；建立全球地理信息系統(tǒng)與數(shù)據(jù)庫；利用地理信息系統(tǒng)評估其他類型的數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)可以與全球礦產(chǎn)資源相關數(shù)據(jù)相結合，以開發(fā)出可用于評估與礦產(chǎn)開發(fā)相關的土地利用決策的政治、社會經(jīng)濟和環(huán)境影響的產(chǎn)品、歐盟GeoERA項目建立一個共同的歐洲知識庫和為歐洲共同提供地質服務。地質知識庫將為歐洲利益攸關方提供關于地下資源及其可持續(xù)利用和管理的客觀無縫數(shù)據(jù)、信息、知識和專門知識的開放獲取渠道(圖5)。中國的全國礦產(chǎn)資源潛力評價項目，運用礦床模型綜合信息成礦預測理論方法體系，研發(fā)了MRAS系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中定量的進行成礦遠景靶區(qū)的圈定與資源量的估算工作(圖4)。

ZV(xi)為成礦有利度；i為圖層號；λi為圖層權重；xi為控礦要素圖層圖4 “三位一體”深部三維定量預測評價方法流程[55-57]Fig.4 “Trinity”deep 3D quantitative prediction and evaluation method flow[55-57]

圖5 GeoERA信息平臺的搜索系統(tǒng)Fig.5 Search system of GeoERA information platform

為了應對關鍵礦產(chǎn)資源的需求，解決已知礦產(chǎn)資源短缺和找礦難度不斷擴大的狀況，緩解由于某些礦產(chǎn)資源的短缺而影響到國家安全與經(jīng)濟的發(fā)展，開展全球關鍵礦產(chǎn)資源的潛力評價工作，梳理全球礦產(chǎn)資源潛力評價中有關的理論方法為評價工作做出參考，并對現(xiàn)有的評價方法的發(fā)展趨勢與展望做一總結，關鍵礦產(chǎn)資源潛力評價應從以下幾個方面加強研究。

(1)建立全球穩(wěn)定開放的資源安全保障體系，完善關鍵性礦產(chǎn)監(jiān)測預警機制，加大監(jiān)測預警能力，形成監(jiān)測評價的綜合模型，系統(tǒng)了解與分析全球礦產(chǎn)資源的供需情況，并對礦產(chǎn)資源的形勢進行評價分析；加強各國礦業(yè)市場、政策、標準領域的對接，推動全球礦產(chǎn)資源潛力評價的一體化發(fā)展，將關鍵性礦產(chǎn)資源評價報告納入資源評價報告中，鼓勵礦業(yè)公司走出去。

(2)創(chuàng)建地質礦產(chǎn)技術創(chuàng)新平臺，進一步推進地球深部觀測與實驗系統(tǒng)重大科學基礎設施建設，推進萬米深鉆，加強深部地質找礦的重大科技問題攻關，形成深部找礦立體綜合勘查與評價體系，推進深海探測與開發(fā)技術，加大對海洋錳結核、稀土軟泥等資源的調查與評價工作，推動“互聯(lián)網(wǎng)+礦業(yè)”發(fā)展，將深度學習技術與成礦系統(tǒng)理論相結合的評價方法運用于礦產(chǎn)資源潛力評價實際工作中[73]，提高地學數(shù)據(jù)的挖掘效率與成礦預測的準確性,加大對于關鍵礦產(chǎn)資源的選冶技術，重視關鍵性礦產(chǎn)資源的開采(因為許多關鍵性礦產(chǎn)資源都是大宗型礦產(chǎn)資源的伴生礦產(chǎn)，在很多時候由于礦種可行性較低而忽略掉)。

(3)堅持協(xié)調發(fā)展，將優(yōu)化找礦策略，提高勘查技術，推進勘查理論的進步與資源環(huán)境保護協(xié)調發(fā)展，將環(huán)境評價的各項指標參數(shù)納入礦產(chǎn)資源潛力評價體系中，使“城市礦山”(電子資源的二次回收與利用)與“傳統(tǒng)礦山”協(xié)調發(fā)展，著力構建全球環(huán)境下協(xié)調有序礦產(chǎn)開發(fā)格局。

4 結論

全球各個國家的關鍵礦產(chǎn)的清單列表中的礦種均有不同，其代表的是這個國家在當前經(jīng)濟形勢與國策下所需要的重要的礦產(chǎn)資源，它可以是大宗型礦產(chǎn)資源，也可以是三稀礦產(chǎn)資源，它是一個動態(tài)變化的列表，但是不管這個列表中的礦種怎么變化，這些關于國計民生、高新技術發(fā)展、國家安全的礦種將是一個國家永遠關注的對象，是需要長期重視的資源。所以在現(xiàn)有的全球經(jīng)濟環(huán)境下，要加強關鍵礦產(chǎn)資源的潛力評價工作，將這項工作較精細地開展，這就需要不斷地推動資源潛力評價所需的理論與方法的革新，將大數(shù)據(jù)挖掘、機器學習、深度學習技術運用于礦產(chǎn)資源潛力評價工作的始終，提高評價的精度與細度，建立完善的礦產(chǎn)資源動態(tài)預警系統(tǒng)，實時監(jiān)測關鍵礦產(chǎn)資源的供需情況，為國家戰(zhàn)略性礦產(chǎn)資源的儲備提供依據(jù)。