壹、“三步式”礦產資源潛力評價方法
“三步式”礦產資源評價方法是美國USGS目前推薦使用的壹種未發現礦產資源的潛力評價方法，它在1975年就開始探索(Nokleberg，2002)，在20世紀90年代形成較為完善的方法體系，並在美國本土礦產資源評價中作為標準方法得到使用。我國學者趙鵬大等(1994)較早介紹了該方法。“三步式”(THREE-PART)評價方法按英文翻譯應該是趙鵬大翻譯的“三部式”，但它確實又是有先後順序的3個有機部分。USGS修正的“三步式”評價方法框架圖如圖1-1。
美國地質調查局Warren J.Nokleberg在“Metallogenic analysis as an integral part of themineral resource assessment”項目中對MA與QMRA方法給予了深入的剖析。正如圖1-1所述，“三步式”評價方法包括3個大的步驟：
圖1-1 修正的USGS三步式評價方法圖
1)圈定成礦遠景區帶；
2)估計成礦遠景區帶的可能礦床個數的分布；
3)使用世界範圍的預測礦種類型的標準品位噸位模型，進行資源潛力的定量估計。
在上述三步中，最重要的是第壹步。在該步工作中Warren J.Nokleberg又給出6點具體工作步驟，包括：
1)定義關鍵標準術語；
2)編制地質構造建造地圖；
3)系統描述和研究地區礦床特征模型，以期總結評價區可能的礦床類型；
4)歸納和總結礦床模型和找礦模型；
5)圈定含有已知礦床、礦點的成礦遠景區；
6)根據總結的成礦區帶找礦模型圈定未發現已知礦床的遠景區。
在圈定成礦遠景區帶方面又有兩種不同的方法，即以上述6項工作為基礎的礦床成因模型法和信息合成綜合的定量評價方法(圖1-2)。在信息合成綜合的定量評價方法中他們既使用特征分析和證據權法，又使用了非線性神經網絡技術，從而提高預測評價的精度和靈活性。
從上述說明，我們可以發現三步式礦產資源評價並不是壹個什麽全新的評價方法，它不過是壹些有效方法的集成組裝。我國在20世紀80～90年代廣泛開展的二輪成礦遠景區劃和中大比例尺成礦預測中同樣廣泛使用綜合信息礦產資源成礦規律編圖、綜合信息找礦模型建立和基於蒙特卡羅計算機定量模擬等，而且在使用綜合信息進行區域三維立體成礦規律研究方面是走在前面的。但有兩個成果是值得我們借鑒的：①壹致的區域構造建造編圖；②標準的礦床模型和品位噸位模型。以往我們在開展資源定量評價中往往是使用地區的品位噸位模型，這樣壹個地區壹個結果，而且產生“領導資源量”，研究礦床模型的專家往往不太介入具體的評價預測資料分析工作，使模型和預測相對脫節。
圖1-2 基於信息合成綜合定量評價
二、“三步式”礦產資源潛力評價方法構造建造編圖問題
各種成礦學說都表明礦床不是自來之物，它與壹定地質環境和地質建造有關。“導致礦床的產生，特別是內生礦床的成礦作用是地殼歷史發展的統壹而復雜作用過程的壹個方面，它在其歷史發展過程中，與地質作用其它方面即沈積作用、構造運動、巖漿活動和變質作用有著最密切的關系。礦化作用可以而且應該從其歷史發展和與地殼地質發展作用過程的所有其它方面相互聯系的角度進行研究”(畢利賓)。前蘇聯學者從地質建造出發強調礦床是地殼不同大地構造(地槽、地臺、巖漿構造活化)發展演化的結果，壹定礦床是特定的地質構造產物，不同構造建造單元的礦床產出類型有根本區別。在地槽發展早期主要是銅、鎳、鐵等礦床，而在地槽晚期則主要是與巖漿活動有關的中、低溫多金屬礦產。在地臺區沈積蓋層金屬礦床主要是層控低溫礦床和壹些與堿性巖有關的礦產。以板塊成礦學說為代表，歐美地質學家也十分強調壹定大地構造環境對礦床的控制作用，他們主要采用將今論古方法，根據現代大洋洋脊、島弧火山及大陸裂谷等不同成礦環境來認識地質歷史發展過程中不同成礦地質構造環境。著名的斑巖銅礦及與海底火山作用有關的黑礦被認為是大洋板塊俯沖的結果，非洲南德特大型金鈾礦床則認為是古老克拉通成礦環境的產物，而壹些大型金剛石礦床被認為是大陸裂谷環境的產物。查·赫奇遜在《大地構造環境與成礦作用》壹書中較系統地論述了各種構造環境成礦作用，可以看出盡管不同成礦學派的出發點不同，但都強調構造環境對礦床生成起著制約作用。
成礦地質構造環境編圖在“三步式”資源評價中占有極其重要的地位，是進行各種預測最基本的出發點。壹方面通過編圖可以認識研究壹定的構造環境分區、構造環境地質建造的演化以及相關的礦產的可能分布；另壹方面在標準的礦床模型中，構造環境是壹個重要的圈定成礦遠景區的標準準則。在“三步式”資源評價中構造環境底圖目前已相當精細，不僅要反映大的構造分區，如地臺、克拉通、島弧等，還要表達不同構造環境的物質組成(李錦軼)。在地質底圖中還應表達礦床模型涉及的標誌單元，如在註意區分認識區域不同地質環境成因California低硫石英脈礦床評價中，在編圖中重點表達了低區域變質的沈積火山巖建造、成礦建造及成礦建造系列(Singer，Cox)。
三、“三步式”礦產資源潛力評價方法多元勘查信息綜合應用問題
Warren J.Nokleberg(2002)指出在成礦地質底圖編制中應該加強多元勘查信息的解譯和應用。地球物理、地球化學和遙感等勘查技術獲取的信息對隱伏地區礦產和深部構造、巖體的識別有重要作用。
地球化學預測起始於前蘇聯，主要研究壹定區域內成礦作用元素及其組合在時間和空間上的分布特點。目前地球化學預測主要有求異方法和綜合方法。求異方法主要是在考慮地質背景前提下充分研究各種地球化學異常的性質、研究評價地球化學異常的性質結構，進而選出最有利的異常區。綜合方法主要是充分利用區域地球化學資料研究元素在不同地質建造中的表現形式，分析區域成礦地球化學規律進而進行地化預測。這兩種分析預測途徑都是可取的，它們對提高預測水平十分有效。
地球物理預測主要是通過研究地球物理異常與分析礦床與地球物理場關系兩個方面進行。對於某些特殊類型的礦種(鐵、放射性鈾礦等)直接研究地球物理異常無疑是十分有效的預測方法。在礦區利用井中電磁波法能夠圈定某些漏掉的有色金屬礦體，激發極化法和視電阻率法是礦區尋找金屬礦體的有效方法。然而在區域預測中對大多數礦床來說地球物理預測法永遠只是壹種間接預測方法。由於地球物理方法的“穿透性”特點，它能夠提供有效的深部隱伏地球物理大地構造信息，通過物探資料能夠分析地質建造結構、深部變化、界面等。各國學者都十分註意利用地球物理信息進行成礦分析。在前蘇聯安德列耶夫認為負重力異常與地槽帶相對應，而正異常則與地臺區相對應，並得出在正重力異常有銅、金礦床，在負重力異常有錫、鎢礦床；穆石敏根據地球物理資料研究了中國華北大地構造特點，並進行了礦產初步預測；王懋基通過地球物理資料研究認為鎢-錫成礦與巖石圈低密度有關，表現為重力低，而鉛鋅礦化主要在重力異常梯度帶上。更多的地質學家強調利用地球物理資料研究區域地質構造發展演化特點，特別是利用地球物理信息的穿透性，識別大量的隱伏構造，研究各種構造的相互依存關系，研究構造的規模大小、延深、期次、序次等，並與區域成礦作用研究結合起來，查明成礦時各種構造(包括隱伏構造)進而開展區域成礦預測。例如王世稱在華北地臺金礦預測中就廣泛利用航磁重力信息，研究金礦資料體的磁場、重力場特征，並以此建立綜合信息找礦模型。
隨著高分辨率航天儀的出現，遙感信息預測也愈來愈受到人們的重視。由於遙感信息的穿透性和總和性特點，對區域成礦線性構造、環形隱伏構造識別特別有效，無疑地遙感航天預測可以通過研究區域構造的(特別是線性構造)展布及構造復雜程度(等密度圖)與礦產分布關系來進行科學預測。近來美國、加拿大利用遙感信息直接預測找礦取得了經驗，他們主要是利用紅外波段(1.65μm及2.2μm、Tm5及Tm7)對礦化蝕變進行顯示，Tm5對鐵礦化有強烈的反映作用，而Tm7 波段對熱液礦化、泥質粘土卻有強烈的吸收，這樣利用Tm5/Tm7可以較好判別有強烈熱液蝕變的礦化顯示。
地球化學、地球物理、遙感預測的預測標誌因素具有明顯多解性，據美國礦產局調查，10萬個化探異常與礦點、礦床之比為100∶4∶0.7，可見化探異常出現受許多非礦化因素制約，例如有剝蝕水平、地表景觀影響等。地球物理異常的多解性更為人所知，電磁波法異常不僅與富礦、漏礦有關，也可能與壹些富水斷層有關。遙感信息Tm5/Tm7圖像礦化指標卻受到不同巖性、植被強度的影響。因此這些方法與地質預測的有機結合以及這些異常標誌的及時驗證對預測是至關重要的。為了減少這種物化遙信息使用的多解性帶來的風險，王世稱多年總結的以地質直接信息為先驗前提，科學進行綜合信息礦產資源編圖方法是壹種可行的方法。
四、“三步式”評價定量方法的幾個問題
1.關於使用遠景區礦床個數問題
在“三步式”評價中未發現的礦產資源潛力數量=遠景區可能的礦床個數×該類型的礦床品位×該類型礦床噸位，品位和噸位可以由標準礦床模型得到，但遠景區礦床個數卻是需要估計的。我們發現估計礦床個數與我們國家經常使用的直接用回歸方法或邏輯信息法預測資源量同樣困難。就此問題我們在研究中向Singer求教，我們的問題是這樣的：
Dear Dr Singer：
I have study your data of Chinese porphyry deposits.I found these may have some question.First some deposit type may be skarn type, secondly there are too many deposits in Tibet that are not important.I have a question about three parts methods，the number of deposits in the tracts is the same difficulty to estimate with the metal resource.Why not estimate the metal resource directly，do not use number×grad×tonnage?
Singer的回答是：的確估計礦床數和估計資源量同樣是壹件困難的事，但使用品位噸位模型可能對估計資源量的經濟評價有壹定的參考。
2.關於TRACT問題
在礦產資源定量評價中，評價預測單元劃分是壹項重要工作，通常單元有網格單元(GRID)、地質單元(IGU)、靶區(TARGET)等概念，在“三步式”評價中使用了“TRACT”，究竟“TRACT”是什麽級別的成礦遠景區?Warren J.Nokleberg(2002)有較明確的解釋。TRACT是受某特定構造事件控制的(如巖漿弧、碰撞帶等)可能產生壹組有成因聯系的礦床組合的區域，相當於MA分析的BELT。TRACT邊界可以是重要的構造邊界或含礦巖系範圍，在TRACT外不太可能有該類型礦床存在，邊界是非規則的。和我國成礦區帶比較，BELT相當於我國3～4級成礦區帶，因此TRACT評價是壹種小比例尺的戰略評價工作。
3.品位噸位模型問題
Singer給我們提供了世界標準斑巖銅礦品位噸位數據。我們使用MRAS軟件進行了對比研究，發現我國斑巖銅礦品位噸位模型的統計分布和世界斑巖銅礦壹樣，都服從正態分布。但如果使用世界斑巖銅礦作為MARK3軟件的模型樣本則估計的銅礦資源量較使用我國模型高壹倍。由此我們向Singer提出我國斑巖銅礦品位噸位模型和世界不壹樣，Singer提出了品位噸位模型研究3點意見：小於4.5Mt礦石的斑巖銅礦不應該進入模型；所有2km2的銅礦儲量要加起來；要進行T檢驗。
4.經濟成本濾波器模型
在礦產勘查市場經濟社會，礦產的市場價格對礦產資源量的估計有壹定的影響，市場價格上升使降低壹定的品位也可能產生采礦利潤。經濟成本礦產資源評價在北美研究得較為深入，Harris有專著論述，從文獻看USGS已在MARK3軟件中加入了經濟成本濾波器模塊，但目前還沒有相關的文獻可以參考。經濟成本濾波器模型可用圖1-3表達，可以看出研究此類問題還需要知道目前哪些礦床由於經濟原因不能開采，在我國目前還沒有這方面的材料，所以本次對該問題研究較少。
圖1-3 礦產資源評價經濟成本濾波器概念模型
5.專家系統和數字礦床模型
數字礦床模型是本項目首次提出的新概念(見本項目2001年工作設計)。在此之前趙鵬大提出了數字找礦模型，該概念內涵是應用定量方法建立礦床與多元地質信息的關系，和本項目提出的數字礦床模型有壹定區別。在立項時主要提出建立銅、金礦床的數字知識庫，主要是參照了澳大利亞地質調查局Lesley Wyborn等(1995)編寫的在已知礦床不多的地區運用GIS進行礦產資源勘查評價的模型，試圖將專家系統與GIS技術結合起來。2002年在USGS的網頁上正式見到Singer領導的資源評價項目組提出的Digital Deposit Model研究方向。
澳大利亞地質調查局Lesley Wyborn等首先從成礦系統(圖1-4)出發在專家系統知識基礎上，使用ARC/INFO平臺開發了相應的評價方法。其工作原理如下：
(1)第壹步
在這個“礦化系統”中總結了澳大利亞礦床的知識，將其作為區域“礦化系統”的組成部分，形成某種類型礦床必要的關鍵因素，並在GIS中可用數字圖形條件表示。礦床首先應被考慮為區域到礦田不同尺度的“礦化系統”，然後分解成局部的、礦田的、區域的不同尺度圖形條件。對於礦床生成的必要條件(如氧化流體、溫度、母巖組分)，必須轉化為能夠為GIS所能表達的特征(如蝕變帶、變質組分、交代巖體類型等)。在壹個“礦化系統”範圍內，就有可能運用礦床模型發現更多的礦床，特別是與已知礦床類型相同的礦床。
圖1-4 礦床知識庫的成礦系統模式庫
(2)第二步
開發高質量的地學GIS應用數據庫系統，將上述圖形表示的地質條件轉化為可查詢的屬性。
(3)第三步
開發對上述GIS系統進行分析的資源潛力評價的方法系統。該方法系統並不依賴要求已知礦床要達到壹定的數目，因此綜合分析的結果可看作是壹種統計依據。已開發的GIS分析技術有3種不同的、但又互為補充的方法：第壹種方法體系實際上是基於已知礦床或礦化系統特征的數字化數據庫的專家系統；第二種體系是用戶可交互式圈定有潛力地區的分布圖；第三種方法對已知礦化區(或被考慮有潛力的異常區)的周圍區帶進行研究，然後確定在GIS所有圖層內這些區帶的具體地方表示。
上述基於地質模型金屬成礦分析方法的關鍵問題是怎樣將礦床模型在計算機上進行表達，怎樣將礦床模型知識與GIS空間數據庫聯系起來。只有當數字化地圖及數據庫被有效地建立，只有當礦床模式的礦化系統以可圖示化標準來表達，而不是用溫度值、壓力和流體化學表示時，在GIS平臺上發展的方法學才不會受局限。
根據上述思路我們總結了本次數字礦床模型的研究思路，即開發定礦床類型、定礦床遠景區位置和遠景區成礦有利性優選的數字礦床模型評價系統。
自從USGS 1980年首次研制成功PROSPECTOR斑巖銅礦專家系統，並找到斑巖鉬礦以來(Duda等，1981)，礦床勘查評價專家壹直十分重視礦床專家系統的研究工作，1986、1994年MacCammon又將Singer等建立的全球86個標準礦床模型的知識庫數字化。當前，將GIS技術、地學空間數據庫與專家系統結合仍然是礦產資源評價的重要熱點研究方向，根據專家知識從海量GIS空間地學數據庫挖掘有用信息是今後地學信息技術發展的重要方向。