(三)地质统计学在我国的应用概况

1. (三)地质统计学在我国的应用概况

1.在物探、化探、遥感及其他地质数据处理方面的应用
地质统计学的应用与地质数据处理先于其他领域,有较成功的经验。因为这些数据在大范围内具有方向性的趋势变化,所以常用的方法是克里格法。按时间顺序,其应用实例主要有:
1)地质统计学方法简介、计算程序及应用实例(於崇文、侯景儒、蒋跃凇,1978)。
2)地质矿产部在固体矿产普查进行的1:5万综合调查中,应用对数正态泛克里格法对土壤地球化学测量资料进行了处理(20世纪80年代),获得满意效果。
3)华南某地区化探分散流数据处理及异常评价,采用泛克里格法,根据处理结果,将华南某地区划分为4个异常区,并确定出4个异常区的工作顺序(侯景儒、杜百贵,1986)。
4)华北某区化探次生晕数据的泛克里格法研究及异常评价(侯景儒、张树泉、张廷勋等,1989)。
5)安徽铜陵地区1:5万化探数据处理的方法技术,根据数据处理结果,对Cu,Au,As,Pb,Zn,Mo,Sn,Ag8种元素编制了一套对数泛克里格法系列图件,进行成矿预测(宋平玖等,1990)。
6)福建某区化探数据的克里格法研究,验证了高品位区与高概率区相吻合(张树泉、侯景儒等,1992)。
7)新疆阿尔泰地区哈收呵幅金矿地球化学异常识别及分数评序方法研究,采用因子协克里格方法圈出Au异常远景区(余金生、蒋金荷、张效民,1993)。
2.在矿产储量计算中的应用
1)地质统计学方法在北京北某铁锌矿储量计算中的实际应用(侯景儒、於崇文、蒋跃凇,1978)。
2)运用线性地质统计学方法试算南京梅山铁矿、云南金顶铅锌矿北厂矿段某矿体的储量,并相应研制出地质统计学储量计算程序系统(谢锡林、高德秀等,1980~1984)。
3)金堆城全目矿最佳边界品位及其确定的研究(北京有色金属冶金设计研究总院采矿室,1981)。
4)应用地质统计学方法计算河北水厂铁矿北山矿体矿石储量的研究(黄竞先、侯景儒、郝欣、任兆平,1982)。
5)江西德兴铜矿可回采储量总体估计的地质统计学研究(侯景儒、黄竞先,1981)。
6)应用地质统计学计算湖北大冶铁矿尖山(尖林山)矿体的储量(黄竞先、侯景儒、古梅,1984)。
7)采用地质统计学方法,应用计算机绘图软件评价江苏南京梅山铁矿(冶金工业部鞍山黑色金属冶金矿山设计研究院,1986)。
8)使用克里格法对南非铁矿矿石品位与储量的估计(冶金工业部鞍山黑色金属冶金矿山设计研究院,1988)。
9)大冶铁矿矿石储量分级的地质统计学研究(侯景儒、古梅,1989)。
10)克里格法在盘古山钨矿储量计算中的应用(吴庭芳等,1989)。
11)加权中位数应用与金厂屿金矿的储量计算(向永生、侯景儒、吴雨沛,1991)。
12)用克里格法计算潼关金矿505脉金的储量(高维华,1990)。
13)山西支家地银矿储量的地质统计学估计(琚太宗、张树泉、林建阳、侯景儒等,1993)。
14)湖南桃江锰储量的地质统计学计算(侯景儒、王志民、潘汉军等,1993)。
15)湖南桃江锰矿最优勘探网度的地质统计学研究(张廷勋,1993)。
16)采用对数泛克里格法,运用“地质勘探系统软件”提交的陕驾鹿金矿地质勘探储量报告(武警黄金地质研究所、黄金第十四支队,1993)。
17)采用地质统计学方法编写并提交的山西省灵邱县刁泉银铜矿床勘探地质报告(冶金工业部第三地质勘查局三一二队,1995)。
18)地质统计学在薄脉状金矿床品位优化估计中的应用(张燕石、郭能霖、李维明、宋官祥、向永生、中国人民武装警察部队黄金地质研究所,1996年12月)。
19)西藏自治区谢通门县雄村铜矿勘探地质报告中的地质统计学储量估计(西藏天园矿业资源开发有限公司,2006年7月)。
20)内蒙古自治区苏尼特左旗巴颜哈尔敖包金矿勘探地质报告中的地质统计学储量估计(内蒙古舍中矿业有限公司,2007年11月)。
21)贵州锦丰大型卡林型金矿中心的地质统计学储量估计(澳华黄金矿业有限公司,2008年)。
22)西藏自治区墨竹工卡县甲玛矿区外围7—47线铜金属矿勘探报告(西藏华泰龙矿业开发有限公司)。
23)广东省佛山市富湾矿区30—51线银矿资源储量核实报告(中国明科矿业有限公司,2010年1月)
3.在石油及煤田工作中的应用
1)某煤田最优勘查网度的地质统计学研究。研究后提出的网度比原设计节省了9350m钻探工作量(陈明阳等,1987)。
2)牛庄油田物探数据的贝叶斯克里格法估计(王家华等,1987)。
3)地质统计学在彬长煤矿区详查中的应用(覃必成、许惠民、任秀娟,1987)。
4)我国北方某煤矿储量的地质统计学估计及其与传统储量计算方法的比较(陈伯茂,1989)。
5)克里格法绘图系统(KMS)在牛庄油田油藏描述技术中的应用(王家华等,1990)。
6)新疆塔里木盆地某石油探区地球化学数据的地质统计深分析(张树泉、侯景儒、李本超,1992)。
7)辽河油田冷—东雷家地区沙三段油藏描述[中国石油大学(北京)地球科学系石油地质室,1993]。
目前,地质统计学在石油领域特异性数据处理方法上已占有一定的位置。
4.在环境科学、水文工程地质、农林科学及农田水利中的应用
克里格法在灌溉实验站网规划中的应用,选择多年日平均需水量为区域化变量,对灌溉实验站网的最优规划进行选择(张瑞娟,1989)。
从20世纪90年代至今,农业上对地质统计学的应用,主要在作物的需水量方面,如作物的需水量的空间变异性;作物需水量的最优估计及最优等值线图等。
概括来说,在应用的地质统计学方法、技术上,基本上是在线性地质统计学范围,其他方法涉及的还很少。在应用的领域方面,主要用于地质矿产资源范畴,如地质勘探、矿山开发、油藏描述等。在生产应用领域,与国外相比还有一定的差距。

2. (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。

3. 地质统计学的发展及应用现状

法国概率统计学家、矿山工程师,地质统计学创始人G·马特隆教授于1962年首次提出Geostatistique(地质统计学),并发表专著《应用统计学论》。从那时算起,地质统计学已有近半个世纪的历史了。这门成熟的有系统理论方法的独立学科大致经历了以下4个发展阶段:
第一阶段(创立阶段):此阶段可追溯到20世纪四五十年代变差图的出现,以及以南非矿山工程师克里格为代表的提出利用相邻块段的平均品位来估计中心块段的原始回归模型。克里格与变差图构成了地质统计学产生的“胚胎”。直到1975年10月北约组织高级研究所在意大利罗马召开的第一届国际地质统计学学术会议为标志。这是创立阶段。在该阶段区域化变量理论,普通克里格法、泛克里格法、析取克里格法及条件模拟理论方法等基本形成,但应用尚不普遍,只限于矿业领域的储量计算方面。
第二阶段:1975年10月至1983年9月(在美国加利福尼亚州落叶湖召开第二届国际地质统计学学术会议)。此阶段是地质统计学迅速发展的时期,主要表现在两个方面:
1)线性和非线性地质统计学理论和应用更加成熟,非参数地质统计学、多元地质统计学开始提出并有了相应的发展。
如关于变差函数的稳健估计;可回采储量及其估计方差的研究;K阶内蕴随机函数法的应用;离散变量的析取克里格法、因子克里格法等均被提出。
2)地质统计学的应用领域不断扩大,体现在如下若干方面:
①矿业领域内可进行原地储量的总体估计及回采储量的局部估计,同时在研究吨—位品位曲线,矿山开采可行性研究、矿山设计及开采过程中矿石品位的波动性方面,进展很大。
②在地质找矿勘探过程中,涉及矿体变化性研究,制定合理的勘探方案(确定合理的取样密度、勘探网度、勘探精度等),矿石储量分级和矿床统计预测方面;
③应用因子克立格研究土壤中的铜、铅、锌等金属元素的分布和处理磁测数据,以此来代替所测数据的光谱分析,扩大了在物化探数据处理中异常圈定和评价的范围。
④在构造地质中用于确定构造的轴向,对盆地边缘断层的局部应加分进行估计,作出组合元素原子半径的二维变差函数等值线图,了解断裂、褶皱的延伸方向及变化特征。
⑤在石油、煤炭勘探、开发中应用。查明油藏孔隙度及渗透率的空间分布、变化,确定最优井位;石油储量估计;油田地质特征条件模拟;煤矿床的模拟及煤田若干参数的预测等。
⑥在水文地质及工程地质方面应用。阐明地下含水层性质的空间变异性与地下水化学成分变化及地下水运动之间的关系;阐明建造场地地下的土壤性质的空间变异性;水坝、坑道、矿山边坡、民用及工业建筑可靠性评价。
⑦核废料扩散与污染模拟,用以确定理想的核废料储存地。
⑧建立大气污染预测模型。
第三阶段:1984年至1988年9月。这个阶段时间不长,之所以以1988年9月在法国阿维尼翁召开的第三届国际地质统计学学术会议为止,是因为在这一短时期内,地质统计学在理论上出现了两大学派,使其成为一个重要的过渡发展阶段。其一是以地质统计学创始人G·马特隆为首的参数地质统计学派,继续发展以正态假设为基础的克里格法及条件模拟。同时提出了多元地质统计学的理论方法,如多元条件模拟、广义互协方差及多元取样方法等;其二是以A.G.儒尔奈耳(Journel)为首的非参数地质统计学派,发展了无需对数据分布作全体假设的克里格法(如指示克里格法、概率克里格法、快速条件模拟等)。
两大学派从不同的研究角度把地质统计学中稳健性理论推向一个更高更深的理论层次(见地质统计学划分表)。
地质统计学划分表


续表


第四阶段:1988年9月至今。此阶段为地质统计学大发展时期,其特点如下:
1)地质统计学理论更加成熟,内容更加丰富。在丰富成熟的地质统计学理论的基础上,各种克里格方法、技术不断出现,解决生产实际的能力越来越强,适应性越来越强。
2)参数地质统计学和非参数地质统计学这两大学派在生产实际中都有了长足的发展,大大丰富和增强了地质统计学的解决实际问题的能力。
3)凡是具有随机性和空间相关性两重性质的变量问题,都可以用地质统计学来研究解决。随着认识地质统计学作用的范围不断扩大,地质统计学已向其他领域迅速扩展。如水文地质学、天气预报、海底地形地貌、森林测量、渔业、农业土壤、环境保护与污染、工程建设等。
4)在矿业和商业领域,成熟的地质统计学专业商业软件大量涌现,已成为一种产业发挥着生产力的作用。围绕着地质统计学方法的应用和软件的商业化,出现了三类公司:A.矿业公司:如Falconbridge公司,Inco公司,Noranda公司,Teck公司,Cominco公司,BarrickGold公司。B.地质统计学咨询公司:RPA咨询公司、SPK咨询公司、SNODEN咨询公司、COWAN咨询公司。C.地质统计学软件公司:Surpac公司、Datamine公司、Gemcon公司、Micromine公司、Minesighe公司、Vvlean公司。
计算机技术已与地质统计学融为一体,成为不可分割的有机整体。目前,地质统计学包括的内容,通过上表(地质统计学划分表)得到基本了解。

4. 地质统计学为什么会在地质领域产生并得到迅速发展?

在认识和研究地球这个地质体的漫长历史过程中,传统的地质学采用的研究方法主要是描述归纳法,这种方法适应了当时社会生产力水平和古老的地质学发展的需要。到了19世纪末期至20世纪初期,在工业革命的推动下,迅速兴起和发展的近代工业,对矿产资源的需求大幅度增加,矿业已开始作为一种产业独立于社会经济中,社会生产的发展,要求古老的地质学从单纯研究认识地质客体转向发现和探求矿产资源,以满足工业的发展对矿物原料日益增长的需求。为此,传统的地质学需要利用近代自然科学的先进理论、技术方法来武装自己。这样便大大促进了地质学与近代自然科学,如物理学、化学、生物学及数学的结合。古生物学、地层学、地球化学、地球物理学、地质力学、板块构造学、海洋地质学、数学地质等新的地质边缘学科,便在这种背景下出现而形成了近代地质学,这是地质学发展史上的一次飞跃。发展到20世纪后半叶,世界经济高速发展,现代科学技术高速发展,这两个高速发展促使生产和人类自身的生活消耗剧增,对矿产资源的需求量愈来愈大,愈来愈多。这就需要地质学具有更高的理论水平,拓展寻找矿产资源的空间(如地壳深部、海洋领域等)。于是更大程度地刺激了地球科学的发展。近30年来,宇宙地质学(特别是天文地质学)、板块构造地质学、全球地质学、地球深部地质学这4门具有高度综合性、先进性、跨学科的新兴学科的出现与发展,又将整个地球科学研究推向一个新的高度。其间数学的作用也愈来愈处在显著的位置上。在社会发展进步的大背景下,一方面高速发展的经济对矿产资源产生巨大的需求。据相关资料统计,我国经济发展需要的90%以上的能源和80%的工业原料取自矿产资源。另一方面人们认识到可供经济发展需要的矿产资源是有限的,并非无穷无尽。至今,世界上被开发利用的矿产资源越来越难以寻找,对已开发的矿产资源应该合理地开发利用。大工业生产和高科技产品需要有稳定的矿产资源储量保证,而稳定的矿产资源储量与矿石品位紧密相关,于是地质学家们在勘查开发矿产资源的过程中,储量计算的重要作用受到广泛关注。贯穿于整个普查、勘探、矿山设计和矿山开采过程的各个阶段中的矿产资源储量计算问题日益突出起来。
然而,长期以来,地质工作者是以传统地质学理论为基础,采用传统矿产资源储量计算方法进行储量计算的。传统储量计算方法以断面法和块段法为两个基本方法,在此基础上依据计算体积、计算单元的不同演变出多种方法:算术平均法、块段法、开采块段法、最近地区法(多角形法)、等高线法、等值线法、三角形法、平行断面法、不平行断面法,等等。
传统储量计算方法计算矿石储量的一般数学形式:

地质统计学(空间信息统计学)基本理论与方法应用

式中:P为金属储量;Q为矿石储量; 为平均品位;V为矿块体积;D为矿石体重。
公式中V,D,C的求得,是工程观测数据的平均值,这个平均值基本上是算术平均值,计算中只是依据块段的大小作为调整改变罢了。以常用的块段法为例,无论是地质块段法还是开采块段法,都是将矿体划分成若干块段,分别计算各块段的矿体面积、平均厚度、平均品位和矿石体重,然后求得每个块段的体积和矿产储量。各块段储量的总和便是整个矿体的储量。其中计算矿石品位时用到加权平均方法,即线加权、面积加权、块段加权等。这种加权也只是考虑到样品值在有线(样长)、面积及块段中占有份额比重不同而已,仍然是算术平均的思想方法。因此,可以说块段法是算术平均法在特定条件下的具体应用。断面法(又称剖面法)实际上亦是如此。以上表述,清楚地表明传统储量计算方法是依据传统地质学理论采用算术平均的储量计算方法,全然没有考虑矿体地质的自然特征,就以在矿产资源储量计算中占有极重要的位置的矿石品位这一要素来说:其一,没有考虑工程样品的空间位置,即某个样品品位的影响范围,只能简单地把一个或几个工程(钻孔)数据(矿石品位)的平均组合作为一个块段的品位来对待。其二,没有考虑样品品位的空间变化特征。赋存在矿床中的矿石品位受各种地质因素影响(如地层、岩石构造、成矿条件、成矿机制等),在矿体走向、倾向不同方向上变化性是不同的,方向上的这种差异特性决定了处于不同空间位置的样品品位参与待估块段的储量计算时作用的不同,应赋予不同的权值(影响值)。其三,在空间上,没有考虑样品品位在空间上的相关性。矿床在成矿过程中,受成矿条件因素的控制,各元素的富集与分散是有规律可循的,空间样品之间有着一定的关联。样品品位之间不是独立的,在空间上表现一定的相关性,这种相关性直接与矿床空间的矿化强度相联系,而不考虑样品品位间空间的相关性,就无法反映矿床的矿化强度在空间上的变化差异。其四,也未能反映样品品位具有的随机性特征。这一特征在金矿床中反映最为显著。凡是从事金矿地质研究和金矿勘查开发的地质采矿工作者,都会有这样的经历和认识:金矿矿石品位在空间分布上有时极不均匀,某点样品品位可能很高,而毗邻很近的样品点的金含量就可能很低,甚至达不到工业品位。这种偶然的随机现象是对立于矿床规律变化性的另一特征。金矿勘查和矿山开发中常常遇到此类问题,异常的特高品位经常出现。传统储量计算方法唯一能做的就是在研究金矿床案例的基础上,从实际经验出发,总结归纳出若干具体方法,如对特高品位样品进行经验处理通常采用以下几种方法,即
1)剔除特高品位样品,不参与品位计算;
2)以正常样品的上限值代替特高品位;
3)以特高品位的平均品位代替特高品位样品;
4)以包括特高品位在内的样品平均值代替特高品位;
5)剔除特高品位及最低品位求样品平均值,用以代替特高品位;
6)用特高品位相邻的两侧样品或包括特高品位在内的3个连续样品平均值代替特高品位;
7)用日常常用的确定特高品位下限的几种方法(变化分数法、频率曲线法、统计分析法、影响系数法)所确定的下限值代替特高品位样品,等等。
由于这一问题比较复杂,1991年,国家专司管理矿产资源储量的原国家矿产储量管理局为了统一金矿特高品位的处理问题,还专门下发了国储(1991)164号文统一规定了在编制和审批矿产储量报告时关于处理特高品位的原则,特高品位下限一般取矿体平均品位(特高品位样品值参与计算)值的6~8倍。当矿体品位变化系数小时采用下限值。
应该说,由经验总结出来这些处理特高品位的方法,在以往的实际应用中发挥了一定的作用,在没有更科学的理论方法出现之前不失为一种可行的方法,甚至有时收到良好的效果,但从科学层面来看是传统储量计算方法局限性的反映,是不完善的,缺乏先进科学理论基础。
此外,传统储量计算方法由于受到方法本身的局限,无法建立估计精度的概念,因为它没有衡量精度方法的标准。也就是说,对于矿产储量计算结果,其误差无法衡量。
上述问题的存在,集中反映了传统储量计算方法在处理地质变量上没能体现矿床空间变化性的本质,没能正确刻画地质变量的两重性质,依然没能跨出描述归纳、平均对待地质变量的传统地质学框架。传统储量计算方法因为不能正确反映矿床形成的地质规律,自然满足不了经济发展对矿产资源的需求。这就要求从事地质科学研究和应用的学者及工作者能够解决各种地质体在时空变化上的精确定量评价问题,客观正确地估算出满足矿业开发的矿产资源储量。于是数学地质便应运而生了。如果从苏联学者A.G.维斯捷列乌斯在1944年发表《分析地质学》论文,首先提出用定量的数学方法研究地质问题算起,至今数学地质已有近70年的历史了。这期间在矿产储量计算方法方面地质学家进行了艰苦的探索研究工作,地质学家和采矿工程师开始时把解决储量计算的希望寄托在经典概率统计理论上。实践证明,利用经典概率统计理论方法来解决地质领域中的地质变量问题依然不能正确刻画地质变量的双重性这一本质特征。这是经典概率统计学理论和方法本身的局限性所不能克服的。经典概率统计学在研究偶然事件内在特性的时候对变量要求:①每次抽取样本必须是独立进行的。即要求样本Xi(i=1,2,…,n)相互独立;②研究的变量,原则上可无限次重复实验或者能够进行大量观测;③研究的对象必须是纯随机位置,服从于随机变量已知的概率分布;④对样本观测值的空间位置分布不予考虑。
显然,将经典概率统计学理论、方法,简单化地直接应用在复杂的地质领域是不适合的,它不能正确刻画地质变量的双重性质,而这一特征在地质领域却是本质性的。
从20世纪30年代到60年代这30年间,苏联地质学家在这方面做了大量工作,提出了地质变量是随机函数而不仅仅是随机变量,样品在空间具有相关性的正确观点。遗憾的是始终未能找到解决地质变量的方法。与此同时,西方和南非的地质采矿工程师,结合矿山生产实践进行了大量研究工作。其中有两位专家的工作卓有成效。一位是统计学家西舍尔(H.S.Sishel)在对兰德金矿的品位估计研究后,提出了使用于金品位的对数正态分布模型,并于1947年写成论文发表。随后另一位是南非矿山地质工程师克里格提出了三参数对数正态分布模型。1951年后这两位专家学者又根据在南非金矿山工作多年积累的经验,提出了根据样品空间位置和样品间相关程度的差异,对每个样品赋予不同的权,进行滑动加权平均来估计待估块段平均品位的方法。实际上这是利用相邻若干块段的平均品位估计中心块段的简单回归模型即克里格原始回归模型。
20世纪50年代后期,法国著名的矿山工程师、概率统计学家G.马特隆教授系统研究了10个国家的40多个矿床,包括金矿、铁矿、锡矿、有色金属矿,6个不同类型的铀矿及非金属矿、滑石、萤石等,获得了丰富的第一手资料,在丰富的生产经验基础上,将克里格等人的研究成果上升为理论,并加以系统化,提出了区域化变量的概念。1962年,G.马特隆第一次提出了“地质统计学”(法文为Geostatistique)这个名词,并于1963年发表了《应用地质统计学论》专著,从此,地质统计学作为一门新兴的边缘学科诞生了。
地质统计学产生的过程说明:世界经济高速发展对矿产资源的迫切需求是地质统计学产生的基础;现代科学技术的高速发展,先进的科学理论、技术的引进大大拓展了地质科学的研究领域,加深了地质科学对地质客体的认识,为地质统计学的产生创造了科学技术条件;几十年来随着大量地质工作的开展,在矿产资源方面获得了丰富的完整系统的和准确的地质资料,大大提高了对矿床地质的认识。丰富的信息资料是地质统计学产生的材料基础;具有双重性质的变量在地质领域表现最为广泛和实际,直接影响到矿山企业的生产。因此,在矿业界对具有双重性质的地质变量,关注的最为广泛,研究的历史最长,理论和技术上的准备最为充分。这些条件都是其他领域所不及的。地质统计学从地质领域诞生便是自然而然的事情了,与此同时,计算机技术得到了飞速发展,地质统计学生运逢时,于是便蓬蓬勃勃地发展起来。

5. 从统计观点来看，一般而言地质数据主要有哪些特点

从统计数据使用者的角度来看，统计数据的来源可以分为两类：直接来源和间接来源。

直接来源包括：
调查数据：通过调查方法获得的数据； 通常是对社会现象而言；通常取自有限总体。
2. 实验数据：通过实验方法得到的数据； 通常是对自然现象而言；也被广泛运用到社会科学中，如心理学、教育学、社会学、经济学、管理学等。
间接来源包括：
系统外部的数据：统计部门和部门公布的有关资料，如各类统计年鉴；
2. 各类经济信息中心、信息咨询、专业调查等提供的数据；
3. 各类专业期刊、报纸、书籍所提供的资料；
4. 各种会议，如博览会、展销会、交易会及专业性、学术性研讨会上交流的有关资料、从互联网或图书馆查阅到的相关资料。
普查：统计调查的组织形式之一。对统计总体的全部单位进行调查以搜集统计资料的工作。普查资料常被用来说明现象在一定时点上的全面情况。 
普查的几个特点：
需要规定统一的标准时间(资料所属时间) 
2. 通常是一次性或周期性的 
3. 数据的规范化程度较高 
4. 适用于关乎于国计民生的重要数据的搜集,应用范围比较狭窄。
抽样调查：是指从研究对象的总体中抽取一部分个体作为样本进行调查，据此推断有关总体的数字特征。
抽样调查的特点：经济性好，实效性强，适应面广，准确性高。

6. 地质统计学的历史

1962年，法国著名统计学家G. Matheron在Traité de géostatistique appliquée一文最早提出的，之后其他科学家大量理论研究的基础上逐渐形成的一门新的统计学与地质学的交叉学科。

7. 地质统计学理论体系的三大内容

区域化变量、变差函数和克里格法是构成地质统计学(空间信息统计学)的三大基本内容。有的学者称这三大内容是构成空间信息统计学的三大支柱,同是一个含义。
区域化变量是地质统计学的理论基础,是指导、研究和解决自然界实际问题的理论根据。
变差函数(又称结构函数或变异函数)是空间信息统计学的基本工具,这个工具是以数学形式来体现的。地质统计学正是利用这一有力工具来研究区域化变量的空间变化特征。变差函数模型建立得正确与否,直接影响到地质统计学的研究和计算结果。
克里格法是地质统计学用以解决自然界实际问题的技术方法。根据研究和解决自然界事物的不同特征的需要,相继研究出各种不同的克里格方法技术,从而大大提高了地质统计学解决实际问题的范围和能力。
依照区域化变量、变差函数、克里格法三大支柱所起的不同作用,地质统计学的实现,可以这样来描述:地质统计学是以区域化变量为理论基础,利用变差函数为工具,采用克里格方法达到解决自然界实际问题的目的。以后的章节将围绕这三大内容作详细的论述。

8. 地质统计学的特点

有的专家学者论述这一节内容时,更多的是以地质统计学储量计算方法与传统的储量计算方法和经典概率统计方法进行比较,来论述其优点。作者以为,储量计算方法比较是地质统计学在地质变量具有双重性条件下的实践应用,称其为“特点”较为适宜。
1)地质统计学科学地体现和刻画了地质变量(地质统计学中称为区域化变量)的空间分布结构特征,因此,所计算的储量和品位结果精度高,避免了系统误差的出现。
2)地质统计学能够最大限度地利用勘探工程所提供的资料信息,从而使待估块段的储量和品位最接近真值。
3)在开采方法基本确定的条件下,地质统计学储量计算方法能够计算出任意大小开采块段的品位和储量,从而使勘探阶段提交的矿产储量,能够更加合理有效地在矿山设计、矿山开采中得到利用,有利于勘探阶段、矿山设计和矿山开采3个阶段之间的有机衔接。
4)长期以来在地质勘查工作中,勘探类型、勘探网度和储量级别之间缺少严格的定量关系,本质上是以经验来调整三者之间的关系的。地质统计学方法建立了矿床地质特征、勘探方案和储量精度三者之间严格的数学关系,能够合理地确定一个矿床的合理勘探方案,并估计出一定精度下所需的工程量。
5)地质统计学中的克里格方差,是度量估计精度的尺度,它能给出储量估计中任意块段储量的精度。估计精度的建立是地质统计学的一大特点。