“矿产勘查学”教学改革与实践

王功文

中国地质大学（北京）地球科学学院，北京 100083

一、矿产勘查学发展现状与趋势

自20世纪40年代矿产勘查学科建立至今，矿产勘查学发展深受找矿勘查技术的约束，是一门“产学研”紧密结合的学科。1940年苏联学者B·M·克列特尔的《矿床普查与勘探教程》出版，首次系统阐述了学科基本内容：找矿勘探取样编录储量计算的早期形式为：“勘探作业”是以探矿技术为主，所以它是从“勘探技术”逐步分离出来而形成单独学科。在我国，该课程最先是由1977年侯德义主编的《找矿勘探地质学》改编，至20世纪80年代赵鹏大主编的《矿产勘查与评价》在其中增加了矿产定量评价内容，到目前的《矿产勘查理论与方法》，又增加了成矿预测理论内容，本课程由此演化而来。

根据国内外现代固体找矿技术发展史，结合国内外矿产资源发展战略，可总结出矿产勘查学的历史发展与未来趋势：（1）1950年以前以地质找矿为主，找矿人员提供探区（矿点）在矿体附近填图与取样，大部分勘查由槽、井、坑探进行，钻探量少。（2）1950—1960年：找矿勘查提供探区取样地质填图相当数量钻探，某些地面的和航空的磁测、电磁测量和放射性测量，以及某些早期的地球化学工作。（3）1960—1970年：地质矿产普查区域物化探激发极化法发展，一些普查钻探、航空遥感地质。（4）1970—1980年：地质矿产普查更多区域化探和物探，矿床建模，而传统地表找矿减少。（5）1980—1990年：板块构造、遥感、计算机模拟成为地学发展主题，也是矿产勘查的热点。（6）1990—2000年：室内高新技术应用增长，野外工作减少，找矿难度增大，勘查成功率较差。（7）2000—2007年：室内高新技术工作愈益增多，找矿难度愈益增大，多技术方法联合攻关发现成本增加。2D-GIS技术与专家系统为主，如找矿模型与综合信息分析制图与资源评价。（8）2007以来：深部找矿成为矿产资源增量的最有效途径，国内外注重地球物理深部找矿和3D-GIS定量评价商业三维软件研发盛行。（9）矿产勘查趋势：经验模型、理论模型和计算机自动化技术组合，将成为全球矿产资源定量化、一体化和集成化研究。

二、课程设置目的与教学目标

21世纪以来，随着中国、俄罗斯、印度、巴西、南非等持续快速的发展，导致全球金属矿产资源需求快速增长，带动矿业进入新一轮的发展周期，而找矿工作已由地表矿、浅部矿、易识别矿转向寻找隐伏矿、难识别矿，找矿勘探的难度增大，致使矿产勘查越来越依赖于深入的成矿规律研究和科学的矿产资源预测评价理论与方法。近年来，西方发达国家注重以信息技术为核心并加大勘查技术探测深度和精度，加强数据综合分析与解释，增强对深部矿床的探测能力。例如，加拿大自1989年进行的“勘查技术计划”（EXTECH I-IV）至今开展了四期，旨在开发区域性和矿床尺度的综合地质模型和改进勘探的理论和技术；澳大利亚21世纪以来开展的“玻璃地球计划”，旨在研制三维可视化和地质模拟等技术使大陆表层1km内“像玻璃一样透明”；美国21世纪以来开展的“地学数据网格（GEON）”，旨在开发一个集成三维和四维地球科学数据的信息基础框架；英国近年来开展的“三维模型发展战略”，旨在2020年实现国土与海洋地质图的三维可视化。美国地质调查局在2012年11月制订并颁发了能源与矿产十年战略(2013—2023年)，注重资源-环境的综合评价，三维定量化评价成为重要矿区必备技术。

由此可见，世界矿产勘查正进入以信息技术为先导的新时代，未来大中型矿床的发现将在很大程度上依赖于高新技术的应用及多技术的综合与融合。我国国土资源部2008年发布了《关于促进深部找矿工作指导意见》，明确了深部找矿工作的战略目标：“开展主要成矿区带地下500～2000米的深部资源潜力评价，重要固体矿产工业矿体勘查深度推进到1500米。创新具有中国特色的深部成矿和找矿理论，推动矿床学和勘查学学科的发展。”根据我国当前经济可持续发展需求，对于矿产资源需求增幅将持续至2030年。因此，西方发达国家矿产资源战略与我国等发展大国的矿产资源需求日趋关联，影响了世界勘查技术与地学学科发展。本课程的设置需要突出国际勘查技术内容以及矿产勘查前沿知识，如深部找矿理论、国际典型矿床勘查实践范例等。

矿产勘查学隶属于中国地质大学（北京）国家一级重点学科（地质资源与地质工程），也是矿产普查与勘探专业的本科生、硕士研究生和博士研究生专业骨干课，具有较强的科研性和生产性特征。为了发挥矿产勘查学“产学研”结合的教学优势，突出我校“特色+精品”的办学理念以及创办“世界一流水平的地学高校”，本课程的教学目标设为：本课程是理论性与实践性都很强的课程，是为资源勘查专业的高年级学生开设的专业必修课。通过本课程的学习使学生了解矿产勘查发展史及研究现状，现代矿产勘查的基本任务与要求，现代矿产勘查的主要技术方法与手段；掌握矿产勘查的基本理论、基本原理、方法、步骤及其过程；初步掌握矿产勘查工程合理部署的原则与方法；掌握矿产勘查阶段的划分；掌握矿体圈定和矿产储量计算的步骤与方法；初步掌握进行矿床技术经济评价、矿床环境地质评价和矿床工程地质评价的主要方法、过程与内容对矿床进行综合地质和经济技术评价。

三、教学内容

矿产勘查学是一门多学科交叉的课程。根据本课程的特点，课程的基本要求为：（1）课程高度综合涉及地质、数学、经济和技术等各方面的知识，学生在学习矿床学、地质基础课及一些经济、技术（物探、化探、遥感等课程）和数学课程后再来学习本课程；（2）矿床的预测、普查找矿和勘探不仅是生产更是理论，因此在学习时要掌握好基本理论；（3）本课程也是实践性很强的学科要注重基本方法的掌握；（4）本课程是一门自成体系、系统性很强的课程，在学习时应有意识地模拟矿产勘查工作的全部动态过程，把各有关内容连贯起来进行学习掌握。

本课程相关学科主要研究内容及其关系见图1。

图1 矿产勘查学相关学科及其主要内容的关系

此外，矿产勘查技术规范受矿产资源勘查全球化影响而呈多样化态势，尤其是近10年来地球物理深部勘探和钻探技术发展、深部隐伏找矿信息提取与集成，减少了地学信息不确定性，增强了找矿靶区圈定和资源定量评价水平，从而降低了找矿风险。但是，增大了科研力量和经济投入，如何权衡矿产开发与经济效益成为矿产勘查决策的核心内容。在此方面，国内外面临相同的问题，而勘查技术方法及其手段因矿产地质背景和科学技术水平双重制约而存在差异。如国际上通常以澳大利亚2004年制定的JORC勘查报告标准执行，美国、加拿大、南非、智利等国家的相关矿产勘查要求与其近似，联合国UFC标准兼顾西方与发展中国家标准，我国执行1999年《固体矿产资源／储量分类》（GB/T17766-1999）》与2002年颁发的《固体矿产地质勘查规范总则》（GB/T 13908-2002）。由于我国近年来实施“走出去”国外找矿勘查战略，国际矿产勘查报告编写需要与西方欧美国际广泛接触，有关矿产资源与储量分类标准、勘查步骤与技术实施等报告内容需要国内外一致或接轨。因此，在实践教学中需要探讨国内外固体矿产勘查规范差异。如矿产资源与储量划分，不但国内外明显差异，而且国内不同历史时期也存在差异（尤其注意标准实施前后资料的继承性）。

四、课程建设

根据笔者近年来实践教学、科研工作以及通过访问学者、培训、国际会议报告和科研合作等方式，与境外地学类高校矿产勘查专家互访交流，如加拿大阿尔伯塔大学（University of Alberta）、多伦多大学（University of Toronto）、约克大学（York University）以及澳大利亚詹姆斯库克大学（James Cook University），结合当前国际矿产勘查技术发展水平及其找矿战略部署，对课堂教授方式、教学队伍建设和教学方法和手段等方面提出了新的认知。

1.课堂教授方式

本课程的课堂讲授方式主要通过计算机和可视化多媒体教学，注重提高、拓展传统的多媒体教学质量和方式。如三维动态演示课件，用屏幕抓取工具和录像工具(winCAM2000)，公开部分研发步骤和成果，提高学生的认知能力。这些典型课件的使用，一方面减少了大型软件运行带来的课堂时间损耗， 另一方面保障了教学内容的可视化水平，提高了教学效率。

在师生互动教学方面，建立交流型学习模式。通过设置新技术、新方法的综合应用专题，课堂师生共同剖析国内外专业及其技术研究最新进展，并要求研究生根据自己的专业方向撰写读书报告。在技术平台利用方面，要求了解和掌握国内外现代迅速发展的多“S”技术( GPS，GIS，RS，ES 等)和相关的软件开发(如中国地质科学院开发的地学数据定量化分析软件—MRAS，澳大利亚开发的具有三维处理功能的Micromine软件等)，有利于深层挖掘多源信息集成和综合分析地学相关的多元信息(地质、物探、化探和遥感) 。

2.教学队伍建设

在教学队伍建设方面，加拿大高校注重团队内梯队的培养，以及高校与科研院所的联合。课堂主讲教师是教授，实习为讲师或博士研究生与硕士研究生组合，后者需要已经发表过国际核心期刊文章，并参加过国际学术会议具有较高的计算机水平。相关课程培训面向企业、世界高校，师生注重课程讲解与实习并重原则。鉴于这种团队教学模式， 我们初步借鉴了这种模式， 选取科研能力突出的教授或副教授讲授本课程的国内外进展，青年教师讲授软件的研发和使用等具有创新性的内容，而实习通常由讲师或研究生辅助完成。

3.教学方法与手段

根据本课程的教学内容和课程建设的需求，对教学方法与教学手段做了适当的改进。教学方法多样化，能够满足各种专业和不同学习习惯的学生学习本课程；教学手段多类型包括课堂讲授、软件实践操作和交流型学习。尤其是交流型学习，打破了以往单一的授课和上机实习模式能够提高学生的积极性和主动性。主要概括为以下几个方面。

（1）课堂讲授的改进。课堂讲授是本课程教学的主要环节，采用启发引导、灵活互动的教学方法。由于地学研究受计算机技术发展的影响显著，定量地学与地学信息的研究更新较快，因此，必须借助近年来的实例讲述才能较好地代表地学的前沿知识。由此，本课程教学的总体格架为近5年来省部级、国家级课题研究内容的多媒体演示和关键环节的分析。在教学过程中采用多媒体教学，可以进行遥感图像的三维显示、虚拟现实、计算机模拟和大型软件运行等操作，更好地展示了教学内容，活跃课堂气氛，提高学生课堂参与热情，从而有助于教学质量的提高。

交流型学习是教师与研究生互动教学改进的方式之一。其方式多样化，主要包括专业方向专题研究讨论、开放软件的研发和地学前沿课题的方法研究三种模式。澳大利亚高校注重专业方向专题研究讨论，学生可以根据自身专业知识和兴趣爱好，建议该专业研究领域的拓展途径和方法。研发共享方面，加拿大约克大学实现了证据权重(Weight of Evidences) 软件的世界范围共享，该软件依托国内外常用ArcView软件开发，拓展了应用范围，有助于该方法的完善。地学前沿课题的方法研究可以依托我校重点实验室开放课题进一步研究。

（2）实习方式的改进。软件实践操作是掌握新技术的重要途径。由于地学软件种类多，价格昂贵，尤其是贵重软件的应用, 如Micromine三维软件和PCI图像处理软件，其价值都在几十万元以上，一般单机版软件很难实现，主要通过网络版教学实现共享。我们通过WINDOWS系统的远程登录技术，实现服务器资源共享，不仅包括服务器上的数据共享，还可以实现软件共用，极大地改善学习环境和教学方式。

（3）考试方式改进。国外高校考核成绩方式，普遍注重平时成绩和课堂讨论的结果。期中与平时成绩的权重占40%，有助于从一个侧面督促学生重视和抓紧平时的学习和交流。期末考试成绩权重占60%，其内容需要体现新的前沿知识。本课程教材为2006年出版教学大纲，基本以本教材内容设置，尤其实习内容偏重于传统矿产勘查。因此，随着世界勘查技术发展而需要扩充内容，尤其需要体现三维可视化软件的知识及其实习内容。

五、总结

根据科学找矿的理念，结合当前国内外矿产勘查技术和计算机技术方法，本文就“矿产勘查学”教学的目标、教学内容和教学方法，提出了相关的经验总结和改革建议。然而“矿产勘查学”课程的教学实践，目前仍处于不断地探索和完善阶段，随着教学的不断深入，还有很多具体教学问题，如教学过程中的教学质量保证及建立合理的评价机制等问题尚需进一步深入研究。此外，矿产勘查学涉及的矿产勘查技术国际前沿性较强，本科生因基础知识储备欠缺而需要掌握先进技术方法的能力还有待在实践教学中进一步界定。 但是，该课程是矿产勘查专业硕士研究生、博士研究骨干课课程，前瞻性知识的系统了解有利于本科生对该课程深入认知，以便于根据自身特点合理选择就业方向和科学研究计划。因此，根据教学大纲适当补充前沿矿产勘查技术知识，符合我校“特色+ 精品”的办学理念，对于培养创新地学高端人才具有重要意义，也为在数字地质领域赶超发达国家提供了良好的平台。

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