(二)地质统计学在我国发展的3个阶段
自1977年地质统计学引入我国至今大体上经历了3个发展阶段。第一阶段(1977年至1989年11月)。该阶段为起步阶段。宣传普及,学习研讨,发表论文,有关工业部门和个别矿山企业根据自己的需要,独立进行开发研究,构成了该阶段的主要活动内容。在美国学者H.M.Parker博士将地质统计学的基本概念和内容系统地介绍给我国的数学地质及勘探、矿山设计人员之后,我国有关的学术专业团体的学术活动开展得非常活跃。1980年4月,中国金属学会冶金地质学会在广西桂林召开的第一届遥感地质数学地质学术会议上,有10个单位的代表宣读了他们的地质统计学研究论文。在这次会议上,正式成立了冶金地质系统的“地质统计学协作小组”。随后几年,在中国地质学会数学地质专业委员会,中国金属学会冶金地质学会数学地质、遥感地质及计算机专业委员会,中国核工业部所属学会和中国煤炭学会地质学会,以及矿山地质及采矿工程学会等举办的历届学术会议上,地质统计学的论文不断增多,其地位也日益显著起来。与此同时,地质统计学的普及工作相继开展起来。地矿、冶金、石油、核工业和煤炭等行业,为普及这门学科,先后以不同的形式举办了学术讲座。地质矿产部于1980年还设立了地质统计学在储量计算中的应用科研项目,由地矿部储委、北京计算中心、云南地矿局和中国地质大学(武汉)参加,经过4年的研究,完成了专题科研报告,冶金工业部地质局也设立了地质统计学科研专题,进行地质统计学理论方法研究、程序设计及实际应用,并出现了有关地质统计学专著:《地质统计学及其在储量计算中的应用》(侯景儒、黄竞先,1982年,地质出版社),《矿业地质统计学》(侯景儒、黄竞先,1982年,冶金工业出版社)。江西德兴铜矿采用普通克里格法计算了铜矿石储量,并进行了采矿设计,在生产上作了尝试。在此期间,国内外学术交流活动十分活跃,从1978年起,我国先后派出许多专家学者到国外学习深造地质统计学。如地质矿产部中国地质矿产信息研究院李裕伟教授级高级工程师、中国地质大学王仁泽教授、北京科技大学侯景儒教授、有色金属总公司南昌设计研究院吴庭芳高级工程师等都是这一时期先后派往美国、法国、德国学习的,如今都已成为本单位的这门学科的带头人和骨干。与此同时,国外的地质统计学专家也应邀来华讲学交流。这期间的学术交流有:1984年地质统计学家Rendu在安徽铜陵讲课;1985年美国亚利桑那大学Kim教授在西安冶金建筑学院作学术报告;1989年4月美国斯坦福大学应用地球科学系主任A.G.Journel教授在北京科技大学举办讲座等。这期间国内出版的关于地质统计学的重要专著和论文有:《地质统计学》(地质部情报研究所编辑,1980),《地质统计学及其在矿产储量计算中的应用》(侯景儒、黄竞先,1982),《矿业地质统计学》(侯景儒、黄竞先译,1982),《线性地质统计学》(王仁铎、胡光道,1988),《数学地质的方法与应用》(於崇文,1980),《地质统计学及其在储量计算中的应用》(谢锡林、高德秀、谢温宏、胡光道,1988)。随着国内外学术活动的开展和有关部门及大专院校教学研究工作的进展,涌现出一批地质统计学的专家,他们活跃在各条战线上,为地质统计学在国内的深入发展和应用、为开拓我国的地质统计学事业,作出了不可磨灭的贡献,如侯景儒教授(北京科技大学)、张树泉教授(北京科技大学)、於崇文教授、蒋跃凇教授〔中国地质大学(北京)〕、李裕伟高级工程师、尹镇南教授级高级工程师(原地质矿产部)、余金生高级工程师(中国地质科学院)、谢锡林高级工程师(原地质矿产部)、王仁铎教授〔中国地质大学(北京)〕、胡光道教授〔中国地质大学(北京)〕、陈仁宽高级工程师(北京有色冶金设计研究总院)、唐昌骏教授(成都理工大学)、陈俾茂教授(成都理工大学)、黄竞先高级工程师(北京有色金属研究院)、薛禹选高级工程师(核工业总公司地质局)、王家华教授(西安石油学院)、李新兴教授(西安石油学院)、李行高高级工程师(中国有色金属工业总公司)、李维明高级工程师(武警黄金指挥部地质研究所)、吴庭芳高级工程师(江西有色金属设计研究院)、覃必成(陕西煤田地质勘探公司186队)及以后的黄勇教授(江西会迈克科技发展公司)、向永生博士(武警黄金指挥部)、孙玉建博士(国土资源部矿产资源储量评审中心)综上所述,该阶段有3个明显的特点:1)大专院校和有关工业部门的研究设计单位是活动的主体,宣传、学术交流和研究应用活动主要在这个范围内进行。地质、物探、数学和数学地质等专业的一些专家、教授和高级专业技术人员成为地质统计学专业的主力军,侯景儒、黄竞先多次为冶金工业部等生产部门有关单位举办地质统计学学习班。2)在地质统计学理论方法研究方面,以普通克里格法为主,泛克里格法、对数正态克里格法、因子克里格法也有研究。线性地质统计学是该阶段的主旋律。非线性地质统计学、非参数地质统计学和多元地质统计学等理论领域,涉及的还很少。3)在应用方面,主要是在学习的基础上,各有关单位和有关专业人员结合本职工作,做零星的研究应用。基本属于探索性的开发应用,随意性较大,目的性不强,缺少系统的安排。在地质工作领域里,多应用于物探、化探、遥感数据处理及找矿预测等方面。其他领域涉及的较少。1989年11月召开全国第一届地质统计学学术讨论会,这标志着地质统计学发展第二个阶段的到来。第二阶段(1989年11月至1995年10月)。该阶段开始从开发研究与学术交流活动转向生产实践,与地质勘探和矿山生产相结合。在这一时期,出现了推进地质统计学与生产实践相结合的若干有影响的重要事件。1)1990年10月,西安石油学院与油田结合,研制成功克里格绘图系统,对牛庄油田数据进行了处理,绘出一批地质图件。2)1990年12月,武警黄金指挥部(以下称“指挥部”)黄金地质研究所完成了国家“七五”项目——地质勘查指挥系统软件应用及开发研究。于1991年1月由原国家计委主审通过了项目鉴定。该软件(GEOLOG)是加拿大国际地质技术公司(IGC)研制开发的,指挥部于1986年购置该软件英文软件后,由武警黄金地质研究所进行了全面的汉化开发。经鉴定后的中文版CGLS,CGES软件和原GEOLOG英文软件都已由中国软件登记中心审定核发了软件著作权证书。该系统软件中的储量计算系统,提供了地质统计学普通克里格法和泛克里格法以及距离反比法。武警黄金地质研究所采用克里格储量计算方法对河北省平泉县洼子店岩金矿、山东省招远市夏甸岩金矿、山东省栖霞县后岩金矿、山东省烟台市辛安河下游砂金矿和外夹河砂金矿等3个岩金矿和两个砂金矿进行了储量计算,取得了满意的结果,在此过程中,还举办了3期克里格法和CGES软件培训班,培养软件使用人员60余人。3)1991年8月,由地质矿产部固体矿产勘查评价自动化系统项目(该项目为我国与联合国开发计划署合作项目)领导小组,为普及地质统计学在固体矿产勘查评价工作中的应用,在北京举办了“地质统计学环境评价软件(GE-OEAS,美国斯坦福大学研制)学习班”。由美国地质统计学家B..LGibbs女士讲授地质统计学原理和GEO—EAS软件的使用。同期,国家矿产储量管理局(全国矿产资源委员会前身)又在北京举办了地质统计学短训班,由美国亚利桑那大学D.E.Myers教授讲授地质统计学原理和GEO—EAS软件。参加上述两次培训班的有27个省(自治区、直辖市)地矿厅(局)和18个省(自治区、直辖市)储委的技术业务骨干。GEO—EAS软件由数据文件管理,数据变量的转换,单变量的统计量计算,变差函数分析,交叉验证,克里格法计算,绘制等值线图、样品分布图、线性回归及散点图等几个相互独立的程序组成。用来进行(二维的普通克里格法)环境评价。4)1991年10月,国家矿产储量管理局在武汉举办“提高矿产地质勘探报告质量研讨班”。在研讨班上,由国家矿产储量管理局尹镇南教授级高级工程师普及讲授了地质统计学及储量计算。学员来自地质、储委、冶金、化工、武警黄金指挥部、煤炭、核工业、建材等工业系统20多个省(自治区、直辖市)的基层地质单位。绝大多数地质技术人员来自野外第一线。5)1992年1月,国家矿产储量管理局向各省(自治区、直辖市)矿产储量管理局、矿产储量管理办公室、矿产储量委员会办公室、全国储委油气专委办公室等单位下发了“关于积极支持在矿产和地下水储量报告中应用计算机技术的通知”〔国储(1992)7号文〕。“通知”中明确肯定了在矿产和地下水储量报告中可以采用新的储量计算理论、方法和计算机技术。实际上,这是对采用地质统计学方法计算矿产储量提交地质勘探报告的肯定,在当时起到了积极推进地质统计学储量计算方法的作用。6)1993年1月13日,由国家矿产储量管理局牵头成立了有31个工业管理部门、研究单位、大专院校参加的“地质统计学应用协调组”,并通过了地质统计学应用协调组组织简则和1993年度工作计划。7)1993年4月,在陕西省西安市,在全国矿产储量委员会的支持下,由陕西省矿产储量管理局组织审查,并通过了由国家武警黄金指挥部黄金第十四支队提交的陕西省洛南县驾鹿金矿地质勘探储量报告。该报告是全国第一份采用地质统计学储量计算方法及软件系统提交的储量报告,是第一份将地质统计学储量计算方法直接用于地质勘探生产的开创性成果。8)1993年8月,中法合作项目:“地质统计学在中国矿产资源储量评价中的应用”,经地质矿产部批准立项研究。项目组织单位是全国矿产储量委员会(原国家矿产储量管理局)办公室,项目专家组组长由尹镇南教授级高级工程师担任,项目参加单位有德兴铜矿、武警黄金指挥部及北京科技大学等单位。9)1995年4月,由全国矿产储量委员会办公室组织审查,并通过了全国第二份采用地质统计学储量计算方法提交的山西省灵邱县刁泉银铜矿床勘探地质报告(提交单位是冶金工业部第三地质勘查局三一二队),同时推出了北京科技大学地质系提供的“三维普通克里格法程序系统”。该“程序系统”包括数据库、储量计算及成图三部分内容。10)国家自然科学基金委员会在发展我国地质统计学方面也作出了贡献。由侯景儒教授负责的科研项目“多元及非参数地质统计学理论分析及在金属矿床的应用”(1990~1992)得到国家自然科学基金的资助。该项目在地质统计学理论及应用方面达到了国内领先地位,并通过冶金工业部鉴定。1993年,由侯景儒教授负责的另一课题“空间域及时一空域中多元地质信息的地质统计学理论分析及其应用”(1993~1995)也得到国家自然科学基金的资助。这两项科研成果均汇集于他们的专著——《矿床统计预测与地质统计学的理论与应用》(冶金工业出版社,1994)之中。根据地质统计学发展的现状及地质统计学研究内容的不断扩大,侯景儒教授建议将“地质统计学”扩展为“空间信息统计学”(Statistics of Spatial Information),而且在北京科技大学为本科生、研究生开设了“空间信息统计学”课程。此外,侯景儒教授将若干地质统计学理论成功地应用于冶金工业部重点科研项目“扬子地台周边及其邻域优质锰矿成矿规律及资源评价”之中,该项目于1997年获冶金工业部科技进步特等奖。11)1995年10月,全国矿产储量委员会办公室向各省(自治区、直辖市)矿产储量委员会办公室(矿产储量管理局)、全国储委油气专委办、各省(自治区、直辖市)地矿局(厅)、冶金工业部地质局、中国核工业总公司地质局、化学工业部地质局、武警黄金指挥部、中国有色金属工业总公司地勘总局地质局、国家建材局地质勘查中心等部门单位,公布了关于“运用地质统计学方法提交地质勘探报告的编写提纲和审查提纲”的试行意见。这个“试行意见”是审查地质勘探储量报告的主管部门关于应用地质统计学方法技术的一个技术性法规文件。它标志着地质统计学这一先进的理论、技术在我国业已成熟,得到了国家的承认,在实用的技术方法中有了自己的地位,在应用领域有了自己的位置。这预示着地质统计学发展的第三阶段已经到来。第三阶段(1995年10月至今)。该阶段以全国矿产储量委员会办公室颁发的关于应用“地质统计学方法提交地质勘探报告的编写提纲和审查提纲”的试行意见作为开始,确立了地质统计学的技术法规地位,进入以矿产资源政府管理部门为指导的矿业市场生存竞争的深入发展阶段。该阶段的特点是:1)地质统计学的技术法规的产生,确立了地质统计学技术方法在我国矿业领域中的技术地位。2)为适应生产实践的需要,地质统计学理论的研究更加深入,涉及的方法原理更加广泛,整体理论水平与国际水平接近。除了研究最为深入的普通克里格法外,非平稳线性地质统计学、非参数地质统计学、多元地质统计学,以及近几年作为地质统计学科前沿的时空域多元信息地质统计学等,都有了较深入的研究。3)在应用方面有了实质性的突破。采用地质统计学方法提交地质勘探成果和开发矿山,已经为生产部门所接受,开始成为地质勘探、油田和矿山开发的实际应用方法,与生产实践结合得越来越紧密。4)为适应生产的需要,相继开发研制并推出了适于国内生产需要的软件系统。地质统计学的理论研究与相应的软件开发同时并举,把地质统计学的应用推向深入。如德兴铜矿的克里格技术矿山开发系统,西安石油学院的克里格绘图系统KMS,武警黄金地质研究所的地质勘探系统软件,北京科技大学地质系的三维普通克里格法程序系统(3DOK)、三维协同克里格法程序系统(3DCOK)及指示克里格法程序系统(92DIK),地质矿产部的KPX2.0软件系统。以及2004年后,国内矿业私营企业发展迅速,实力雄厚的私企为矿山企业发展的需要,开始研制自己的地质统计学软件,如金诚信矿业工程公司的DIMINE软件和紫金矿业公司的软件。地质统计学软件系统的研发和应用,促进了地质统计学在实践中的应用。5)地质统计学的技术方法已为广大的地质勘探和矿山企业所了解和接受,在矿业市场受到广泛的关注和了解。6)国外地质统计学软件系统进入中国矿业市场,并得到中华人民共和国国土资源部储量司的认可。在我国矿业市场上有了自己的地位,开始发挥着越来越大的作用。与此同时,国外知名的地质统计学软件公司(如Surpac,Dat-amine,Gemcom,Micromine等公司)开始在中国设立分公司或办事处,相互竞争,根据不完全统计,其软件产品在中国矿业市场的销售量已达500~1000套,占据了中国矿业市场的绝对份额。7)随着国外地质统计学软件公司进入我国,和对地质统计学软件应用的不断增多,在矿业领域中的应用范围不断扩大。如在矿库建模、勘探网度确定、矿山开发设计、矿石品位优化控制、储量计算、矿产资源储量价值评估、矿产资源预测等方面。
(一)地质统计学属于地质领域亦属于其他科学领域
就在1962年首先提出“地质统计学”时,曾给地质统计学下了一个广泛的定义:“地质统计学就是随机函数的形式体系在勘探与估计自然现象上的应用。”这就是说地质统计学是研究解决那些空间分布上具有随机变化和规律变化的自然现象的学科。在自然界具有双重性质的变量现象十分广泛。这已是客观存在并得到公认的。凡是涉及这一现象和问题的领域都可以应用地质统计学研究解决。地质统计学发展到今天,理论上已经成熟并构成完整的体系,在生产实践中为解决实际问题,至今已发展了近20种克里格方法、技术。大大提高了解决实际问题的能力。特别是近30年来,在地质领域和矿山企业的成功应用,为其他领域提供了实践经验和佐证,显示了地质统计学的广阔应用前景。另一方面,地质统计学自身在实际应用中不断发展。在现代科学高速发展中不断地与先进的科学相融合、相结合。如建模理论、分形论、耗散结构理论、混沌论、模糊数学、时间序列分析等。使地质统计学具有更加强大的生命力。
(四)地质统计学在我国地质矿产领域和有关领域产生的影响
1)首先大大提高了我国广大地质和矿山工作者对于地质统计学中普遍存在的同时具有规律性、随机性的地质变量认识的理论水平、应用所提供的方法、技术手段对存在地质变量的地质客体实施更加科学有效的研究,将矿产资源储量的评价工作提高到一个新的科学水平。2)在矿产资源储量计算方法上打破了传统储量计算一统天下的局面,被国家主管矿产储量的审评管理机构正式确定为标准储量计算方法,并在地勘储量报告和矿山生产上得到了成功的应用。以理论的先进性和方法的科学性,使地质矿产储量评估达到了一个更高的科学水平。3)对地质统计学的应用,深化了对地质勘探工作若干惯用原则的思考。现以勘探工程网度的确定与验证、储量级别与储量误差等问题为例予以说明。在计算储量时,常利用不同级别储量的工程密度,以稀密法得到相对误差来论证储量的可靠程度,并作为储量精度的标准。这是多年来,我国地质勘探工作中惯用的工作方法。近10年来,这种原则受到质疑。全国储量委员会办公室(国家资源委前身)在20世纪80年代末组织“矿产储量分类分级”专题组对此问题进行了专题研究,结论是:这种方法缺少科学根据,难以作为衡量储量精度的标准。而在储量级别与储量误差问题上,人们已经认识到在许多场合下,没有把储量计算误差与空间大小联系起来,其储量误差只是相对误差,并非是储量精度的概念。这类问题的解决,传统的地质勘探工作理论和方法已经无能为力,地质统计学技术方法的出现与应用,使解决这类问题进入一个新的境地。4)地质统计学储量计算方法已作为我国的一种标准储量计算方法被确认。它的理论基础、方法原则和技术要求均有别于传统的储量计算方法,原有矿产地质勘探规范的内容,已不能适应该计算方法的需要,需要制定与之相适应的地质勘探规范。这种积极的影响,不仅扩展、补充、更新、丰富了我国的地质勘探规范,而且在矿床勘探研究程度要求、勘探类型和勘探工程间距、勘探工作质量要求、储量分类分级、储量计算、矿石工业指标及矿产技术经济评价等若干重要内容方面,起到了重新审议的作用,促进了地质勘探研究工作向更深层发展。5)促进了地质勘探、矿山设计和矿山生产3个工作阶段的一体化。这3个工作阶段应是一个有机的整体。但是,长期以来它们处于相对独立和脱节的状态,这体现在:①矿产储量的脱节。经过矿产储量审批单位批准的地质勘探工作阶段的储量,按工作程序应是矿山设计和矿山开采的储量基础;但是,实际上在矿山储量设计和矿山开采储量计算过程中,相互之间的储量认定并没有受到制约。譬如,批准的1000万t勘探储量,设计储量可能为900万t,矿山开采储量可能有800万t。无形中损失的200万t储量没有受到一点约束,后面的工作阶段,并不对前面的工作阶段负责。②矿石品位上的脱节。其情形与上述情况大体一致。③利用有用元素组分上的脱节。这里主要指的是除主要元素组分外同时还具有工业价值的共、伴生矿床。对这类矿床,设计部门和矿山生产单位主要是依据当时的技术经济条件和主管部门的意见来决定共、伴生有益组分的利用,同样没有严格的制约和约定。往往在矿山生产阶段,改变了原矿山设计中对其伴生矿产的利用要求,这也是常有的事,并没有受到限制。在地质勘探、矿山设计和矿山生产3个阶段,出现的这种独立运行操作的状况,除了矿产资源法规不健全、矿产资源管理机制运行不畅、矿石选冶技术落后等原因外,还有一个重要原因,就是缺少一种实用的技术方法,把矿业开发过程中3个阶段有机地连为一个整体,有效地服务于矿山生产。地质统计学技术方法具备的特点,适应了这种需要,根据地质统计学编制的变差图,使矿床变化性的定量描述成为可能,并利用提供的矿床变化信息,制定合理的勘探方案;根据建立起来的不同大小储量块段的品—位吨位曲线图,将使我们有效的论证块段大小、边界品位、矿石利用、开采成本、利润和开发方法之间的关系,并在计算出全矿床每个最小开采储量的基础上,确定出既经济又合理的开采方案,控制矿石产量和质量,进而进行矿石质量预报。地质统计学技术方法的出现,为矿业开发3个工作阶段的连续运作提供了一条可行的路径。6)地质统计学在数据信息处理上,显示了最大限度的利用信息的能力,并具有科学的处理手段。已成为物探、化探、遥感等数据处理的常用方法之一;在成矿预测和矿产储量计算上,打破了传统储量计算方法一统天下的局面,已被国家主管矿产储量的审批管理机构正式确定为标准储量计算方法之一。以其理论的先进性和方法的科学性,使地质矿产的数据处理的科学水平达到了一个更高的层次。7)在我国实行社会主义市场经济的今天,地质统计学的理论、方法、技术随着成熟的地质统计学软件在编制勘探储量报告和矿山开发生产上应用,已在矿业市场占有相当的份额,在矿山企业特别是大型矿业集团企业的影响力逐渐扩大。影响的范围已扩展到矿业市场中的中介机构、投资公司及相关的金融机构。这里要特别提到的是,当今数字化矿山建设在矿山建设中已不能缺少,不然就无法实现矿山生产的动态管理,更谈不上实现矿山生产的科学化自动化管理。为达此目的,地质统计学提供的矿体动态圈定与储量计算是必不可少的。纵观世界范围的矿山特别是规模化的矿山无一例外。地质统计学在矿业中的作用越来越重要。8)在有关领域产生的影响,地质统计学的理论基础和研究对象是以不同条件下的区域化变量的空间域及时间—空间域的分布规律为内容的。因此,它的使用范围已不局限于地质矿产领域,已发展成为用来研究自然界具有随机性和规律性双重特性变量的具有普遍性的科学方法,许多学科领域的科技工作者开始自觉地采用地质统计学的理论、方法来研究和解决本学科领域中的问题。21世纪后,据很不完全了解,有代表性发表的论文有:《地质统计学方法在昆虫学研究之中的应用》(向昌盛、袁明哲,2009,中国农学通报);《地质统计学软件在害虫管理中的应用》(吕昭智、包安明、陈曦等,2003,生态学杂志);《ArcGIS中的地质统计学克里格插值法及其应用》(王艳妮、谢金梅、郭祥,2008,软件导刊)。这种情势说明地质统计学在我国的应用领域不断扩大,在环境科学、农田水利、土壤学、气象、渔业、森林、海洋等领域已开始涉及,其中在环境科学、渔业、农业土壤等领域已得到了成功的应用。随着应用领域的不断扩大和方法本身的不断完善,地质统计学将发展成为这些学科领域用来研究自身问题的重要工具。
