“礦產勘查學”教學改革與實踐

王功文

中國地質大學（北京）地球科學學院，北京 100083

一、礦產勘查學發展現狀與趨勢

自20世紀40年代礦產勘查學科建立至今，礦產勘查學發展深受找礦勘查技術的約束，是一門“產學研”緊密結合的學科。1940年蘇聯學者B·M·克列特爾的《礦床普查與勘探教程》出版，首次系統闡述了學科基本內容：找礦勘探取樣編錄儲量計算的早期形式為：“勘探作業”是以探礦技術為主，所以它是從“勘探技術”逐步分離出來而形成單獨學科。在我國，該課程最先是由1977年侯德義主編的《找礦勘探地質學》改編，至20世紀80年代趙鵬大主編的《礦產勘查與評價》在其中增加了礦產定量評價內容，到目前的《礦產勘查理論與方法》，又增加了成礦預測理論內容，本課程由此演化而來。

根據國內外現代固體找礦技術發展史，結合國內外礦產資源發展戰略，可總結出礦產勘查學的歷史發展與未來趨勢：（1）1950年以前以地質找礦為主，找礦人員提供探區（礦點）在礦體附近填圖與取樣，大部分勘查由槽、井、坑探進行，鉆探量少。（2）1950—1960年：找礦勘查提供探區取樣地質填圖相當數量鉆探，某些地面的和航空的磁測、電磁測量和放射性測量，以及某些早期的地球化學工作。（3）1960—1970年：地質礦產普查區域物化探激發極化法發展，一些普查鉆探、航空遙感地質。（4）1970—1980年：地質礦產普查更多區域化探和物探，礦床建模，而傳統地表找礦減少。（5）1980—1990年：板塊構造、遙感、計算機模擬成為地學發展主題，也是礦產勘查的熱點。（6）1990—2000年：室內高新技術應用增長，野外工作減少，找礦難度增大，勘查成功率較差。（7）2000—2007年：室內高新技術工作愈益增多，找礦難度愈益增大，多技術方法聯合攻關發現成本增加。2D-GIS技術與專家系統為主，如找礦模型與綜合信息分析制圖與資源評價。（8）2007以來：深部找礦成為礦產資源增量的最有效途徑，國內外注重地球物理深部找礦和3D-GIS定量評價商業三維軟件研發盛行。（9）礦產勘查趨勢：經驗模型、理論模型和計算機自動化技術組合，將成為全球礦產資源定量化、一體化和集成化研究。

二、課程設置目的與教學目標

21世紀以來，隨著中國、俄羅斯、印度、巴西、南非等持續快速的發展，導致全球金屬礦產資源需求快速增長，帶動礦業進入新一輪的發展周期，而找礦工作已由地表礦、淺部礦、易識別礦轉向尋找隱伏礦、難識別礦，找礦勘探的難度增大，致使礦產勘查越來越依賴于深入的成礦規律研究和科學的礦產資源預測評價理論與方法。近年來，西方發達國家注重以信息技術為核心并加大勘查技術探測深度和精度，加強數據綜合分析與解釋，增強對深部礦床的探測能力。例如，加拿大自1989年進行的“勘查技術計劃”（EXTECH I-IV）至今開展了四期，旨在開發區域性和礦床尺度的綜合地質模型和改進勘探的理論和技術；澳大利亞21世紀以來開展的“玻璃地球計劃”，旨在研制三維可視化和地質模擬等技術使大陸表層1km內“像玻璃一樣透明”；美國21世紀以來開展的“地學數據網格（GEON）”，旨在開發一個集成三維和四維地球科學數據的信息基礎框架；英國近年來開展的“三維模型發展戰略”，旨在2020年實現國土與海洋地質圖的三維可視化。美國地質調查局在2012年11月制訂并頒發了能源與礦產十年戰略(2013—2023年)，注重資源-環境的綜合評價，三維定量化評價成為重要礦區必備技術。

由此可見，世界礦產勘查正進入以信息技術為先導的新時代，未來大中型礦床的發現將在很大程度上依賴于高新技術的應用及多技術的綜合與融合。我國國土資源部2008年發布了《關于促進深部找礦工作指導意見》，明確了深部找礦工作的戰略目標：“開展主要成礦區帶地下500～2000米的深部資源潛力評價，重要固體礦產工業礦體勘查深度推進到1500米。創新具有中國特色的深部成礦和找礦理論，推動礦床學和勘查學學科的發展。”根據我國當前經濟可持續發展需求，對于礦產資源需求增幅將持續至2030年。因此，西方發達國家礦產資源戰略與我國等發展大國的礦產資源需求日趨關聯，影響了世界勘查技術與地學學科發展。本課程的設置需要突出國際勘查技術內容以及礦產勘查前沿知識，如深部找礦理論、國際典型礦床勘查實踐范例等。

礦產勘查學隸屬于中國地質大學（北京）國家一級重點學科（地質資源與地質工程），也是礦產普查與勘探專業的本科生、碩士研究生和博士研究生專業骨干課，具有較強的科研性和生產性特征。為了發揮礦產勘查學“產學研”結合的教學優勢，突出我校“特色+精品”的辦學理念以及創辦“世界一流水平的地學高校”，本課程的教學目標設為：本課程是理論性與實踐性都很強的課程，是為資源勘查專業的高年級學生開設的專業必修課。通過本課程的學習使學生了解礦產勘查發展史及研究現狀，現代礦產勘查的基本任務與要求，現代礦產勘查的主要技術方法與手段；掌握礦產勘查的基本理論、基本原理、方法、步驟及其過程；初步掌握礦產勘查工程合理部署的原則與方法；掌握礦產勘查階段的劃分；掌握礦體圈定和礦產儲量計算的步驟與方法；初步掌握進行礦床技術經濟評價、礦床環境地質評價和礦床工程地質評價的主要方法、過程與內容對礦床進行綜合地質和經濟技術評價。

三、教學內容

礦產勘查學是一門多學科交叉的課程。根據本課程的特點，課程的基本要求為：（1）課程高度綜合涉及地質、數學、經濟和技術等各方面的知識，學生在學習礦床學、地質基礎課及一些經濟、技術（物探、化探、遙感等課程）和數學課程后再來學習本課程；（2）礦床的預測、普查找礦和勘探不僅是生產更是理論，因此在學習時要掌握好基本理論；（3）本課程也是實踐性很強的學科要注重基本方法的掌握；（4）本課程是一門自成體系、系統性很強的課程，在學習時應有意識地模擬礦產勘查工作的全部動態過程，把各有關內容連貫起來進行學習掌握。

本課程相關學科主要研究內容及其關系見圖1。

圖1 礦產勘查學相關學科及其主要內容的關系

此外，礦產勘查技術規范受礦產資源勘查全球化影響而呈多樣化態勢，尤其是近10年來地球物理深部勘探和鉆探技術發展、深部隱伏找礦信息提取與集成，減少了地學信息不確定性，增強了找礦靶區圈定和資源定量評價水平，從而降低了找礦風險。但是，增大了科研力量和經濟投入，如何權衡礦產開發與經濟效益成為礦產勘查決策的核心內容。在此方面，國內外面臨相同的問題，而勘查技術方法及其手段因礦產地質背景和科學技術水平雙重制約而存在差異。如國際上通常以澳大利亞2004年制定的JORC勘查報告標準執行，美國、加拿大、南非、智利等國家的相關礦產勘查要求與其近似，聯合國UFC標準兼顧西方與發展中國家標準，我國執行1999年《固體礦產資源／儲量分類》（GB/T17766-1999）》與2002年頒發的《固體礦產地質勘查規范總則》（GB/T 13908-2002）。由于我國近年來實施“走出去”國外找礦勘查戰略，國際礦產勘查報告編寫需要與西方歐美國際廣泛接觸，有關礦產資源與儲量分類標準、勘查步驟與技術實施等報告內容需要國內外一致或接軌。因此，在實踐教學中需要探討國內外固體礦產勘查規范差異。如礦產資源與儲量劃分，不但國內外明顯差異，而且國內不同歷史時期也存在差異（尤其注意標準實施前后資料的繼承性）。

四、課程建設

根據筆者近年來實踐教學、科研工作以及通過訪問學者、培訓、國際會議報告和科研合作等方式，與境外地學類高校礦產勘查專家互訪交流，如加拿大阿爾伯塔大學（University of Alberta）、多倫多大學（University of Toronto）、約克大學（York University）以及澳大利亞詹姆斯庫克大學（James Cook University），結合當前國際礦產勘查技術發展水平及其找礦戰略部署，對課堂教授方式、教學隊伍建設和教學方法和手段等方面提出了新的認知。

1.課堂教授方式

本課程的課堂講授方式主要通過計算機和可視化多媒體教學，注重提高、拓展傳統的多媒體教學質量和方式。如三維動態演示課件，用屏幕抓取工具和錄像工具(winCAM2000)，公開部分研發步驟和成果，提高學生的認知能力。這些典型課件的使用，一方面減少了大型軟件運行帶來的課堂時間損耗， 另一方面保障了教學內容的可視化水平，提高了教學效率。

在師生互動教學方面，建立交流型學習模式。通過設置新技術、新方法的綜合應用專題，課堂師生共同剖析國內外專業及其技術研究最新進展，并要求研究生根據自己的專業方向撰寫讀書報告。在技術平臺利用方面，要求了解和掌握國內外現代迅速發展的多“S”技術( GPS，GIS，RS，ES 等)和相關的軟件開發(如中國地質科學院開發的地學數據定量化分析軟件—MRAS，澳大利亞開發的具有三維處理功能的Micromine軟件等)，有利于深層挖掘多源信息集成和綜合分析地學相關的多元信息(地質、物探、化探和遙感) 。

2.教學隊伍建設

在教學隊伍建設方面，加拿大高校注重團隊內梯隊的培養，以及高校與科研院所的聯合。課堂主講教師是教授，實習為講師或博士研究生與碩士研究生組合，后者需要已經發表過國際核心期刊文章，并參加過國際學術會議具有較高的計算機水平。相關課程培訓面向企業、世界高校，師生注重課程講解與實習并重原則。鑒于這種團隊教學模式， 我們初步借鑒了這種模式， 選取科研能力突出的教授或副教授講授本課程的國內外進展，青年教師講授軟件的研發和使用等具有創新性的內容，而實習通常由講師或研究生輔助完成。

3.教學方法與手段

根據本課程的教學內容和課程建設的需求，對教學方法與教學手段做了適當的改進。教學方法多樣化，能夠滿足各種專業和不同學習習慣的學生學習本課程；教學手段多類型包括課堂講授、軟件實踐操作和交流型學習。尤其是交流型學習，打破了以往單一的授課和上機實習模式能夠提高學生的積極性和主動性。主要概括為以下幾個方面。

（1）課堂講授的改進。課堂講授是本課程教學的主要環節，采用啟發引導、靈活互動的教學方法。由于地學研究受計算機技術發展的影響顯著，定量地學與地學信息的研究更新較快，因此，必須借助近年來的實例講述才能較好地代表地學的前沿知識。由此，本課程教學的總體格架為近5年來省部級、國家級課題研究內容的多媒體演示和關鍵環節的分析。在教學過程中采用多媒體教學，可以進行遙感圖像的三維顯示、虛擬現實、計算機模擬和大型軟件運行等操作，更好地展示了教學內容，活躍課堂氣氛，提高學生課堂參與熱情，從而有助于教學質量的提高。

交流型學習是教師與研究生互動教學改進的方式之一。其方式多樣化，主要包括專業方向專題研究討論、開放軟件的研發和地學前沿課題的方法研究三種模式。澳大利亞高校注重專業方向專題研究討論，學生可以根據自身專業知識和興趣愛好，建議該專業研究領域的拓展途徑和方法。研發共享方面，加拿大約克大學實現了證據權重(Weight of Evidences) 軟件的世界范圍共享，該軟件依托國內外常用ArcView軟件開發，拓展了應用范圍，有助于該方法的完善。地學前沿課題的方法研究可以依托我校重點實驗室開放課題進一步研究。

（2）實習方式的改進。軟件實踐操作是掌握新技術的重要途徑。由于地學軟件種類多，價格昂貴，尤其是貴重軟件的應用, 如Micromine三維軟件和PCI圖像處理軟件，其價值都在幾十萬元以上，一般單機版軟件很難實現，主要通過網絡版教學實現共享。我們通過WINDOWS系統的遠程登錄技術，實現服務器資源共享，不僅包括服務器上的數據共享，還可以實現軟件共用，極大地改善學習環境和教學方式。

（3）考試方式改進。國外高校考核成績方式，普遍注重平時成績和課堂討論的結果。期中與平時成績的權重占40%，有助于從一個側面督促學生重視和抓緊平時的學習和交流。期末考試成績權重占60%，其內容需要體現新的前沿知識。本課程教材為2006年出版教學大綱，基本以本教材內容設置，尤其實習內容偏重于傳統礦產勘查。因此，隨著世界勘查技術發展而需要擴充內容，尤其需要體現三維可視化軟件的知識及其實習內容。

五、總結

根據科學找礦的理念，結合當前國內外礦產勘查技術和計算機技術方法，本文就“礦產勘查學”教學的目標、教學內容和教學方法，提出了相關的經驗總結和改革建議。然而“礦產勘查學”課程的教學實踐，目前仍處于不斷地探索和完善階段，隨著教學的不斷深入，還有很多具體教學問題，如教學過程中的教學質量保證及建立合理的評價機制等問題尚需進一步深入研究。此外，礦產勘查學涉及的礦產勘查技術國際前沿性較強，本科生因基礎知識儲備欠缺而需要掌握先進技術方法的能力還有待在實踐教學中進一步界定。 但是，該課程是礦產勘查專業碩士研究生、博士研究骨干課課程，前瞻性知識的系統了解有利于本科生對該課程深入認知，以便于根據自身特點合理選擇就業方向和科學研究計劃。因此，根據教學大綱適當補充前沿礦產勘查技術知識，符合我校“特色+ 精品”的辦學理念，對于培養創新地學高端人才具有重要意義，也為在數字地質領域趕超發達國家提供了良好的平臺。

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