礦產(chǎn)資源安全巨系統(tǒng)理論方法與實踐

陳其慎，張艷飛，邢佳韻，龍濤，鄭國棟，王琨，任鑫，李振清，李強

（中國地質(zhì)科學院礦產(chǎn)資源研究所，北京 100037）

一、前言

礦產(chǎn)資源的自然屬性決定了資源的稀缺性和分布不均衡性，礦產(chǎn)資源的經(jīng)濟屬性決定了資源的供應(yīng)無法滿足需求，礦產(chǎn)資源的社會屬性決定了資源爭奪的必然性。隨著科技的進步，人類所發(fā)現(xiàn)和開發(fā)的礦產(chǎn)資源越來越多，但全球人口規(guī)模不斷增長，資源需求總量不斷增大，爭奪愈演愈烈。當前，世界資源安全形勢是二戰(zhàn)以來最嚴峻的時期。一是應(yīng)對氣候變化，人類能源革命、技術(shù)革命、產(chǎn)業(yè)革命快速演變，正對礦產(chǎn)資源需求產(chǎn)生深遠影響[1]。二是世界百年未有之大變局加速演進，國際局勢復雜動蕩，礦產(chǎn)資源安全供應(yīng)難度加大，安全風險形勢嚴峻[2~5]。美國、歐盟、俄羅斯、日本等密集出臺礦產(chǎn)資源安全保障措施，國際資源博弈烈度陡增，資源安全保障的迫切性達到前所未有的高度[6~12]。

確保礦產(chǎn)資源安全巨系統(tǒng)高效運轉(zhuǎn)、服務(wù)經(jīng)濟社會發(fā)展，是一項復雜性科學難題，也是一項系統(tǒng)工程。長期以來，國內(nèi)外礦產(chǎn)資源戰(zhàn)略研究者就礦產(chǎn)資源安全問題開展了大量研究，如2000年前后提出的礦產(chǎn)資源安全的定義、機理、框架[13~15]以及適應(yīng)當時形勢的安全保障戰(zhàn)略，陸續(xù)完成了不同礦種的安全評價研究[16~21]。面對新的國際地緣形勢，研究者對資源安全與地緣政治、資源安全與全鏈條管理等問題開展了進一步探討[22,23]。然而，隨著人類科技革命、產(chǎn)業(yè)革命不斷演化，國際地緣政治格局日趨動蕩，礦產(chǎn)資源開發(fā)利用日益復雜，安全保障的難度不斷加大，常規(guī)研究思路和方法已難以滿足新形勢下資源安全保障的需求。主要體現(xiàn)在兩個方面：一是礦產(chǎn)資源安全保障理論體系尚未建立，難有系統(tǒng)思維，“只見樹木不見森林”。礦產(chǎn)資源勘查、開發(fā)、利用產(chǎn)業(yè)鏈條長，涉及領(lǐng)域廣，學者往往只注重于某個環(huán)節(jié)或某個領(lǐng)域，缺乏系統(tǒng)思維和理論指導。二是缺乏資源安全研究的現(xiàn)代化科技手段，難以快速發(fā)現(xiàn)和有效解決問題。在礦產(chǎn)種類不斷擴大、用途不斷增加、產(chǎn)業(yè)鏈條不斷延伸、國際間貿(mào)易網(wǎng)絡(luò)不斷擴張、交易日趨復雜等各種要素不斷交織的情況下，礦產(chǎn)資源安全已成為一個分布于全球的宏大體系，各種因素瞬息萬變，人腦難以直接有效處理。因此，需要利用大數(shù)據(jù)的方法，監(jiān)測礦產(chǎn)資源生產(chǎn)、交易、運輸、使用的各個環(huán)節(jié)，提升決策效率。

系統(tǒng)科學是由錢學森等人提出并被認為是現(xiàn)代科學技術(shù)體系的新興科學技術(shù)[24~26]，在航天、軍事、人體科學、地理科學、社會管理、農(nóng)業(yè)、水資源、土地資源、疫情管理等多個領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，支持各領(lǐng)域的產(chǎn)品研發(fā)、學科建設(shè)、組織管理[27~41]；整合整體論與還原論的哲學思想[26]，運用定性與定量相結(jié)合的綜合集成方法，研究復雜系統(tǒng)的運行機理，進而構(gòu)建模型并指導實踐。系統(tǒng)科學在多個領(lǐng)域應(yīng)用并有效提高了各領(lǐng)域的管理效率，是礦產(chǎn)資源安全研究的一把“金鑰匙”。本文將系統(tǒng)科學的研究思想引入礦產(chǎn)資源安全研究領(lǐng)域，建立了礦產(chǎn)資源安全系統(tǒng)工程學研究新方向，以礦產(chǎn)資源安全巨系統(tǒng)為研究對象，研究巨系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，抓住巨系統(tǒng)的主要矛盾，刻畫巨系統(tǒng)形態(tài)，揭示巨系統(tǒng)的運行機理，建立巨系統(tǒng)模型，評估發(fā)現(xiàn)巨系統(tǒng)運轉(zhuǎn)存在的主要問題，提出礦產(chǎn)資源安全保障優(yōu)化解決方案，并應(yīng)用于國家資源安全保障工作實踐。

二、礦產(chǎn)資源安全巨系統(tǒng)的概念與特征

（一）礦產(chǎn)資源安全巨系統(tǒng)的概念

系統(tǒng)科學根據(jù)系統(tǒng)的子系統(tǒng)種類數(shù)量及其關(guān)聯(lián)關(guān)系的復雜程度，把系統(tǒng)分為簡單系統(tǒng)和巨系統(tǒng)兩大類。在巨系統(tǒng)中，如果其子系統(tǒng)種類繁多且有層次結(jié)構(gòu)、相互之間關(guān)系復雜，就稱為復雜巨系統(tǒng)[24~26]。礦產(chǎn)資源安全涉及眾多資源類型、宏大空間分布、超長產(chǎn)業(yè)鏈條、巨大產(chǎn)業(yè)規(guī)模、跨越時空配置、復雜因素影響、層次紛繁多樣，其規(guī)模之大、層次之多、影響因素之復雜難以窮盡，符合巨系統(tǒng)的特征。

礦產(chǎn)資源安全隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展，展現(xiàn)出更加突出的系統(tǒng)性和復雜性，具體體現(xiàn)在3個方面。第一，礦產(chǎn)資源產(chǎn)出于自然界，礦產(chǎn)的富集是一種特殊的自然現(xiàn)象，其分布受地質(zhì)規(guī)律控制，呈現(xiàn)出天然的集中性和不均一性，沒有哪個國家擁有自身發(fā)展所需的全部礦產(chǎn)資源，這是礦產(chǎn)資源供需失衡和礦產(chǎn)資源安全問題出現(xiàn)的自然基礎(chǔ)，自然因素有其穩(wěn)定性（不以人力為轉(zhuǎn)移），同時也有其復雜性（至今尚有大量問題未被研究清楚）。第二，礦產(chǎn)的開發(fā)、生產(chǎn)、利用和回收是經(jīng)濟現(xiàn)象，礦產(chǎn)資源能否被采出變成礦產(chǎn)品并進一步被加工、使用和回收的決定因素是經(jīng)濟因素，即市場供需因素。礦產(chǎn)品有全球性的市場、區(qū)域性的市場和某一個國家、省份的市場，還有期貨市場、現(xiàn)貨市場等。市場變化（主要表現(xiàn)為價格）的復雜性和不確定性，造成了礦產(chǎn)資源安全的復雜性和不確定性。第三，人類社會的不確定性，是造成礦產(chǎn)資源安全系統(tǒng)日益復雜多變的根本原因，是決定礦產(chǎn)資源的自然屬性在經(jīng)濟中如何表現(xiàn)的核心，包括科技、地緣政治、國家政策、企業(yè)行為等多個方面。大國博弈會對全球礦產(chǎn)資源的產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈體系產(chǎn)生系統(tǒng)性沖擊，帶來全球原有礦產(chǎn)資源安全體系的重構(gòu)，各方參與博弈主體的政策取向會影響系統(tǒng)的發(fā)展方向。當今社會正面臨低碳轉(zhuǎn)型，碳交易規(guī)則正在成為影響礦產(chǎn)品市場的重要因素，低碳轉(zhuǎn)型的科技發(fā)展正在全方位改變?nèi)虻V產(chǎn)資源的需求格局。例如，新能源汽車動力電池技術(shù)的變化涉及鋰、鈷、鎳、石墨、錳、鎂、鈉、釩等多種礦產(chǎn)資源，高鎳低鈷化的技術(shù)趨勢會造成鎳、鈷需求的變化，鈉電池的技術(shù)突破有可能改變現(xiàn)有鋰電池的技術(shù)格局，這些都造成了礦產(chǎn)資源安全空前的復雜性和不確定性。

礦產(chǎn)資源安全涉及“能源 - 黑色金屬 - 有色金屬 - 非金屬”多礦種，“國內(nèi) - 國外”多區(qū)域，“勘查 - 開發(fā) - 加工 - 使用 - 回收 - 儲備”多環(huán)節(jié)，產(chǎn)業(yè)規(guī)模巨大，“鐵路 / 公路 / 管線 - 港口 / 口岸 - 航線 -海峽”等運輸通道多節(jié)點，“資源風險 - 社會風險 -地緣風險 - 自然風險 - 投資環(huán)境風險”多要素，地質(zhì)學、礦床學、采礦學、系統(tǒng)科學、經(jīng)濟學、社會科學、環(huán)境生態(tài)學、計算機科學等多學科。礦產(chǎn)資源安全巨系統(tǒng)是在礦產(chǎn)資源的自然、經(jīng)濟、社會三重屬性共同作用下，各個子系統(tǒng)之間經(jīng)過長期能量和信息交換而形成的一個有機整體，是一個復雜巨系統(tǒng)（見圖1）。該系統(tǒng)的中心是礦產(chǎn)資源基本的自然屬性，即元素的物理化學性質(zhì)，決定了元素的分布、生產(chǎn)和使用方式；外圍是經(jīng)濟社會屬性作用下的多重多維復雜子系統(tǒng)，并與外部環(huán)境進行開放的能量和信息交換。礦產(chǎn)資源需求子系統(tǒng)和供應(yīng)子系統(tǒng)在復雜的科技、政策、金融、貿(mào)易等復雜經(jīng)濟社會因素子系統(tǒng)的共同作用下，不斷相互匹配。當供應(yīng)有效匹配需求時，系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運行；當系統(tǒng)出現(xiàn)紊亂時，供需匹配失衡，礦產(chǎn)資源安全巨系統(tǒng)運行將出現(xiàn)問題。

圖1 礦產(chǎn)資源安全巨系統(tǒng)概念圖

（二）礦產(chǎn)資源安全巨系統(tǒng)的特征

一是系統(tǒng)性特征。礦產(chǎn)資源安全系統(tǒng)涉及多礦種、國內(nèi)國外、產(chǎn)業(yè)鏈上下游，是一個龐大的巨系統(tǒng)，包括眾多子系統(tǒng)，具有較強的系統(tǒng)性。從礦產(chǎn)資源的屬性上看，礦產(chǎn)資源巨系統(tǒng)包括地質(zhì)資源子系統(tǒng)、經(jīng)濟子系統(tǒng)、社會子系統(tǒng)。從資源的供需功能上看，包括供應(yīng)子系統(tǒng)、需求子系統(tǒng)、市場子系統(tǒng)。從礦種上看，每一個礦種都是一個子系統(tǒng)。從產(chǎn)業(yè)鏈上看，資源勘查、開采、冶煉、加工、二次回收等每一個環(huán)節(jié)都是一個子系統(tǒng)。礦產(chǎn)資源巨系統(tǒng)的子系統(tǒng)龐多，難以窮舉。

二是層次性特征。“礦產(chǎn)資源安全巨系統(tǒng)”擁有眾多層級子系統(tǒng)，無限延伸。例如，國家子系統(tǒng)下有省級子系統(tǒng)、縣級子系統(tǒng)、礦山子系統(tǒng)、采礦子系統(tǒng)等。且微觀、中觀、宏觀關(guān)聯(lián)性強，某一項微觀事件的爆發(fā)可能會導致一座礦山停產(chǎn)，某一座大型礦山的停產(chǎn)可能會造成某一類礦產(chǎn)供應(yīng)中斷，甚至會影響某一個國民經(jīng)濟行業(yè)的安全。

三是復雜性特征。礦產(chǎn)資源安全系統(tǒng)的影響因素復雜，包括資源、科技、政策、經(jīng)濟、社會、地緣政治、自然災(zāi)害等方面，相互影響、相互作用。例如，資源要素包括資源儲量、賦存條件、礦石類型等；社會要素包括政局穩(wěn)定性、恐怖主義、社區(qū)環(huán)境、文化沖突等；自然災(zāi)害要素包括地震、火山、颶風、極端天氣等。同時，礦產(chǎn)資源安全系統(tǒng)既有系統(tǒng)內(nèi)部和整體之間的復雜性，又有子系統(tǒng)相互作用的復雜性。

四是開放性特征。礦產(chǎn)資源安全系統(tǒng)與社會系統(tǒng)、科技系統(tǒng)、經(jīng)濟系統(tǒng)、地緣政治系統(tǒng)、軍事系統(tǒng)以及不同國家資源安全系統(tǒng)是相互作用、相互影響的，存在能量和信息交換，尤其是與其他國家資源安全系統(tǒng)有較強的對抗性或互補性。因此，隨著時間的不斷變化，礦產(chǎn)資源安全系統(tǒng)也在不斷發(fā)展變化。

三、礦產(chǎn)資源安全巨系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

（一）礦產(chǎn)資源安全巨系統(tǒng)的層級關(guān)系

礦產(chǎn)資源安全巨系統(tǒng)與上下左右系統(tǒng)之間有3種層級關(guān)系。首先，礦產(chǎn)資源安全巨系統(tǒng)是更大的系統(tǒng)——國家安全巨系統(tǒng)的子系統(tǒng)，且相互之間有能量和信息交換。其次，礦產(chǎn)資源安全巨系統(tǒng)與經(jīng)濟安全巨系統(tǒng)、國防安全巨系統(tǒng)、社會安全巨系統(tǒng)、糧食安全巨系統(tǒng)等是同一個層級的系統(tǒng)，地位和作用相同，且相互之間有一定的能量和信息交換。再次，礦產(chǎn)資源安全巨系統(tǒng)是由無數(shù)個子系統(tǒng)組成的，子系統(tǒng)下面又有子系統(tǒng)，且相互存在密切的能量和信息交換。

（二）礦產(chǎn)資源安全巨系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)

礦產(chǎn)資源安全巨系統(tǒng)是在宏觀、中觀、微觀、渺觀等不同尺度上，由資源子系統(tǒng)、經(jīng)濟子系統(tǒng)、社會子系統(tǒng)三大子系統(tǒng)以及子系統(tǒng)的子系統(tǒng)構(gòu)成的，且隨著時間的變化，巨系統(tǒng)在不斷發(fā)展變化。礦產(chǎn)資源安全巨系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)可以按照系統(tǒng)的屬性、空間尺度大小、時間維度進行刻畫（見圖2）。從系統(tǒng)的屬性來看，資源子系統(tǒng)可劃分為地質(zhì)調(diào)查子系統(tǒng)、勘查子系統(tǒng)、采選子系統(tǒng)、冶煉加工子系統(tǒng)、應(yīng)用與回收子系統(tǒng)、儲備子系統(tǒng)、自然災(zāi)害子系統(tǒng)等；經(jīng)濟子系統(tǒng)可劃分為產(chǎn)業(yè)子系統(tǒng)、科技子系統(tǒng)、政策子系統(tǒng)、需求子系統(tǒng)等；經(jīng)濟和資源子系統(tǒng)交匯處會出現(xiàn)市場子系統(tǒng)，市場子系統(tǒng)可劃分為定價子系統(tǒng)、物流子系統(tǒng)、倉儲子系統(tǒng)等；社會子系統(tǒng)可劃分為地緣政治子系統(tǒng)、法律法規(guī)子系統(tǒng)、戰(zhàn)爭沖突子系統(tǒng)、人才子系統(tǒng)等。從系統(tǒng)的空間維度來看，礦產(chǎn)資源安全巨系統(tǒng)的子系統(tǒng)分為宏觀、中觀、微觀、渺觀等4個尺度，宏觀尺度上有全球子系統(tǒng) / 區(qū)域子系統(tǒng) / 礦種子系統(tǒng)等，中觀尺度上有國家子系統(tǒng) / 省份子系統(tǒng) / 成礦帶子系統(tǒng)等，微觀尺度上有企業(yè)子系統(tǒng) / 礦山子系統(tǒng)等，渺觀尺度上有礦體子系統(tǒng) / 尾礦庫子系統(tǒng) / 冶煉廠子系統(tǒng)等；每一類具有相同功能的系統(tǒng)，都可以按照系統(tǒng)的空間維度來進行劃分。從時間維度看，又可分為當前系統(tǒng)、近期系統(tǒng)、中期系統(tǒng)、遠期系統(tǒng)等。

圖2 礦產(chǎn)資源安全巨系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)

（三）子系統(tǒng)之間的能量和信息交換

子系統(tǒng)之間、層級系統(tǒng)之間有著密切的能量和信息交換，相互影響、共同發(fā)揮作用。從資源和社會兩個子系統(tǒng)看，社會子系統(tǒng)對礦產(chǎn)資源安全的影響更加復雜和深刻，資源子系統(tǒng)更多影響的是礦產(chǎn)資源安全系統(tǒng)的底層結(jié)構(gòu)。從需求子系統(tǒng)和供應(yīng)子系統(tǒng)來看，一方面需求子系統(tǒng)可以影響供應(yīng)子系統(tǒng)的規(guī)模效率；另一方面，供應(yīng)子系統(tǒng)又會約束需求子系統(tǒng)的規(guī)模和效率，通過兩者的能量和信息交換，最終實現(xiàn)需求子系統(tǒng)和供應(yīng)子系統(tǒng)的平衡。同時，國家間、產(chǎn)業(yè)間、企業(yè)間也存在不同層次的能量和信息交換，從而形成競爭或合作關(guān)系。從下級子系統(tǒng)和上級子系統(tǒng)的關(guān)系來看，有著密切的能量和信息交換，會相互影響。

時間維度是在所有尺度上、所有功能子系統(tǒng)都起作用的維度。時間是個連續(xù)體，礦產(chǎn)資源安全巨系統(tǒng)是一個處于不斷發(fā)展變化中的系統(tǒng)，歷史的因素會在當下起作用，當下的狀態(tài)決定著未來的趨勢。突發(fā)性的時間因素會造成系統(tǒng)的紊亂，系統(tǒng)內(nèi)在的調(diào)整和運行會使之從紊亂狀態(tài)回歸平衡，如果造成系統(tǒng)紊亂的因素過于強烈，則會促使系統(tǒng)重整。當能量和信息交換及時有效時，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)會達到最優(yōu)化，系統(tǒng)的整體功能也會達到最大化，反之則系統(tǒng)結(jié)構(gòu)會趨于不合理，功能會出現(xiàn)紊亂。同時系統(tǒng)具有開放性，隨著系統(tǒng)與外部能量與信息的交流，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和形態(tài)也會不斷發(fā)生變化。

四、礦產(chǎn)資源安全巨系統(tǒng)的驅(qū)動機理

礦產(chǎn)資源安全巨系統(tǒng)是一個有機整體，是在自然、經(jīng)濟、社會三重屬性共同驅(qū)動下，通過各子系統(tǒng)之間能量和信息交換，不斷發(fā)展演化并發(fā)揮作用。在這個有機整體中，經(jīng)濟屬性往往具有較強的主動性，會主動作用于自然屬性，可以解釋為由于經(jīng)濟的發(fā)展，帶動自然資源的開發(fā)利用。而自然屬性又有一定的閾值，當經(jīng)濟屬性的需求超過了自然屬性的閾值，自然屬性就會反作用于經(jīng)濟屬性。社會屬性也往往具有較強的主動性，會主動作用于經(jīng)濟和自然兩個屬性，可以解釋為由于國家間資源競爭加劇，限制了資源的供應(yīng)，造成對經(jīng)濟發(fā)展的破壞。在各個子系統(tǒng)之間，各自也存在著不同的驅(qū)動機理，需要在未來不斷的去研究拓展。下面從礦產(chǎn)資源的三重屬性對“礦產(chǎn)資源安全巨系統(tǒng)”的驅(qū)動機理來進行初步探討。

（一）經(jīng)濟屬性對礦產(chǎn)資源安全巨系統(tǒng)的驅(qū)動機理

從礦產(chǎn)資源的經(jīng)濟屬性出發(fā)，礦產(chǎn)資源的“經(jīng)濟子系統(tǒng) - 產(chǎn)業(yè)子系統(tǒng) - 資源需求子系統(tǒng) - 礦業(yè)發(fā)展子系統(tǒng)”等多環(huán)節(jié)存在相互驅(qū)動關(guān)系，這些子系統(tǒng)間的相互驅(qū)動機理，可以用經(jīng)濟 - 資源 - 礦業(yè)發(fā)展全周期傳導規(guī)律來解釋（見圖3）。一個國家經(jīng)濟發(fā)展的階段和水平?jīng)Q定了礦產(chǎn)資源需求的種類和規(guī)模，資源需求拉動礦產(chǎn)資源的開發(fā)利用，礦產(chǎn)資源的經(jīng)濟發(fā)展水平和需求規(guī)模一定程度上決定著這個國家的礦業(yè)發(fā)展規(guī)模。從農(nóng)業(yè)社會—工業(yè)化快速發(fā)展階段—工業(yè)化中后期—后工業(yè)化階段，隨著經(jīng)濟的發(fā)展，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不斷演進，礦產(chǎn)資源需求的種類、結(jié)構(gòu)和規(guī)模不斷變化。例如，早期農(nóng)業(yè)社會需要的礦產(chǎn)資源數(shù)量極少；進入工業(yè)化快速發(fā)展階段，隨著人口增長、工業(yè)化和城鎮(zhèn)化的快速推進，煤炭、石油、鐵、銅、鋁等大宗礦產(chǎn)資源需求數(shù)量快速增加；到了工業(yè)化中后期，社會基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)水平的不斷完善，導致大宗基礎(chǔ)原料礦產(chǎn)的需求逐步達到高位平臺期，但戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展又引發(fā)了稀土、鋰等關(guān)鍵礦產(chǎn)資源需求的上升，且產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)越完整，所需要的礦產(chǎn)的種類數(shù)量越多、規(guī)模越大。礦產(chǎn)資源的供應(yīng)在經(jīng)濟社會發(fā)展的不同時期隨著需求變化而變化，由于礦產(chǎn)資源天然賦存于地表之下，人類勘查、開發(fā)礦產(chǎn)資源需要一個相對較長的周期，因此，在需求萌發(fā)的初期，礦產(chǎn)資源開發(fā)的滯后性造成其難以及時滿足需求，供不應(yīng)求引發(fā)資源價格水平的快速增加，而在工業(yè)化中后期，由于資源開發(fā)的滯后性，其需求的減少沒有及時反饋至供應(yīng)子系統(tǒng)，供應(yīng)子系統(tǒng)的再度滯后造成供過于求和資源價格的下行。礦產(chǎn)品供應(yīng)和價格的變化導致整個礦業(yè)呈現(xiàn)出從“萌芽期 - 發(fā)展期 - 轉(zhuǎn)折期 - 衰退期”的周期性演變。該演變過程揭示了礦產(chǎn)資源安全巨系統(tǒng)中經(jīng)濟子系統(tǒng)對資源子系統(tǒng)的驅(qū)動機理。需要說明的是，這一規(guī)律是在假定一個理想的、資源自給自足的走工業(yè)化道路的經(jīng)濟體下提出的規(guī)律，在實際環(huán)境中，其系統(tǒng)間相互作用的過程要更加復雜。

圖3 經(jīng)濟 - 資源 - 礦業(yè)發(fā)展全周期傳導規(guī)律

為進一步剖析產(chǎn)業(yè)子系統(tǒng)與礦種子系統(tǒng)的演化機理，在系統(tǒng)研究美國、日本等發(fā)達國家歷史數(shù)據(jù)信息和經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，總結(jié)提出了資源 - 產(chǎn)業(yè)“雁行式”演進規(guī)律，揭示了單礦種子系統(tǒng)、產(chǎn)業(yè)子系統(tǒng)之間的相互作用機理以及礦種子系統(tǒng)的演化規(guī)律。從巨系統(tǒng)的角度看，不同產(chǎn)業(yè)在不同的經(jīng)濟和技術(shù)背景下，需要不同種類和不同數(shù)量的礦產(chǎn)資源，典型工業(yè)化國家產(chǎn)業(yè)發(fā)展遵循建筑→冶金→家電→機械制造→化工與汽車→電力→計算機、電子→新能源、新能源汽車→航天軍工→其他新興產(chǎn)業(yè)的由低級到高級的“雁行式”演進順序，而支撐每一產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要礦產(chǎn)資源的消費峰值到來的時間以及相關(guān)礦業(yè)行業(yè)發(fā)展頂峰到來的時間也隨之同步演進[43]，即遵循鋼鐵、錳、釩等→鋁、膨潤土、葉蠟石等→鉻、銅、鎘等→鎳、鎢、鉬等→鉛、銻、鉑族等→鎵、鉍、銦等→鋰、稀土、螢石等的演進序列，各產(chǎn)業(yè)及相應(yīng)礦產(chǎn)資源消費峰期整體呈“雁行式”演進（見圖4）。該驅(qū)動機理揭示了礦產(chǎn)資源安全巨系統(tǒng)中產(chǎn)業(yè)子系統(tǒng)對礦種子系統(tǒng)的驅(qū)動機理。

圖4 資源 - 產(chǎn)業(yè)“雁行式”演進規(guī)律

（二）自然屬性對礦產(chǎn)資源安全巨系統(tǒng)的驅(qū)動機理

自然屬性在一個國家礦產(chǎn)資源安全的基本結(jié)構(gòu)中起決定作用，即礦產(chǎn)資源的稟賦狀態(tài)，如我國的稀土、鎢等資源較為豐富，在滿足本國需求的同時還可以出口，參與他國的礦產(chǎn)資源安全系統(tǒng)，而我國的鉻資源高度稀缺，只能通過進口來滿足需求。不同國家的資源稟賦會形成不同的礦業(yè)發(fā)展狀態(tài)，也會決定不同國家保障礦產(chǎn)資源安全的手段和方式。例如，日本、英國等國家由于資源匱乏，約束了礦業(yè)的發(fā)展，限制了國內(nèi)礦產(chǎn)資源的供應(yīng)，不得不依賴進口、儲備、循環(huán)利用、節(jié)約利用、替代等手段解決資源安全問題，從而整體影響了其礦產(chǎn)資源安全系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和狀態(tài)。而加拿大、澳大利亞等國家資源豐富，不但能滿足本國需求，還可以供應(yīng)全球，因此其礦產(chǎn)資源安全系統(tǒng)與其他國家的安全系統(tǒng)具有較大的差異[42]。這些例子充分體現(xiàn)了礦產(chǎn)資源的自然屬性對礦產(chǎn)資源安全巨系統(tǒng)的驅(qū)動作用。

（三）社會屬性對礦產(chǎn)資源安全巨系統(tǒng)的驅(qū)動機理

社會屬性對礦產(chǎn)資源安全的驅(qū)動關(guān)系極其復雜，其中國家礦產(chǎn)資源安全子系統(tǒng)演進以及國家礦產(chǎn)資源安全子系統(tǒng)之間的競爭博弈，是社會屬性對資源安全驅(qū)動的一個重要體現(xiàn)。具體可以表現(xiàn)為，在礦產(chǎn)資源的有限性、分布的不均一性以及資源市場的壟斷性的背景特征下，一個國家隨著經(jīng)濟發(fā)展和綜合實力的不斷提升，其保障安全的需要意味著其不僅要發(fā)展國內(nèi)礦業(yè)，還要在全球范圍內(nèi)獲取資源，發(fā)展其境外的礦產(chǎn)資源供應(yīng)鏈體系，因而其礦產(chǎn)資源安全系統(tǒng)勢必與他國產(chǎn)生競爭，地緣政治、軍事、金融、科技、政策等手段都會成為與他國競爭博弈的手段。如果具備相近實力的競爭主體大于2個，就會造成國際礦產(chǎn)資源供應(yīng)鏈的不穩(wěn)定性和不確定性，此時各個國家需要不斷調(diào)整自身的礦產(chǎn)資源安全系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和狀態(tài)，以適應(yīng)新的形勢（見圖5）。地緣競爭會演化成礦產(chǎn)資源的競爭，礦產(chǎn)資源的競爭是地緣競爭的重要體現(xiàn)。當前，世界各國均在調(diào)整本國的礦產(chǎn)資源戰(zhàn)略政策，也是適應(yīng)新的形勢不斷調(diào)整其礦產(chǎn)資源安全系統(tǒng)狀態(tài)的表現(xiàn)。

圖5 礦產(chǎn)資源供應(yīng)鏈安全演變規(guī)律

五、礦產(chǎn)資源安全巨系統(tǒng)的研究方法：礦產(chǎn)資源安全系統(tǒng)工程學

針對礦產(chǎn)資源安全巨系統(tǒng)復雜性科技難題，研究團隊借鑒錢學森的系統(tǒng)論思想，提出了礦產(chǎn)資源安全研究的新思路：首先，以系統(tǒng)思維，構(gòu)建礦產(chǎn)資源安全保障理論體系，揭示客觀世界中礦產(chǎn)資源安全巨系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形態(tài)、驅(qū)動機理，建設(shè)知識模型；其次，參照知識模型，構(gòu)建大數(shù)據(jù)平臺開展仿真實驗研究，反復迭代逼近真實，得出優(yōu)化結(jié)論；最后，將研究結(jié)論和建議反饋到?jīng)Q策主體，由決策主體通過調(diào)整政策、規(guī)劃等手段最終來調(diào)節(jié)優(yōu)化客觀世界的資源安全巨系統(tǒng)。整個過程既要以系統(tǒng)思維研究整體問題，又要借助現(xiàn)代化技術(shù)手段仿真模擬客觀世界，還要將仿真結(jié)論在還原論思想指導下應(yīng)用于客觀世界，將理論和實踐、整體和局部、定性和定量、時間和空間有機結(jié)合起來，是一項系統(tǒng)工程，該研究方向即為礦產(chǎn)資源安全系統(tǒng)工程學。

（一）以系統(tǒng)思維研究構(gòu)建礦產(chǎn)資源安全保障的理論知識模型

以礦產(chǎn)資源安全巨系統(tǒng)為研究對象，采用系統(tǒng)思維方法研究和剖析巨系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)，研究子系統(tǒng)間相互運行的作用機理，形成礦產(chǎn)資源安全的理論知識模型。以我國的礦產(chǎn)資源安全保障實踐為例，為對礦產(chǎn)資源安全進行動態(tài)仿真、模擬、監(jiān)測，首先確立我國礦產(chǎn)資源安全的總體目標，即在任何狀態(tài)下都能夠經(jīng)濟、足量地滿足國家經(jīng)濟社會發(fā)展對資源的總體需求。研究我國礦產(chǎn)資源的需求子系統(tǒng)，分析需求的主要礦種及其影響因素，總結(jié)隨著經(jīng)濟社會發(fā)展和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)變化，我國礦產(chǎn)資源需求隨之發(fā)生的趨勢性變化特征；其次，研究我國礦產(chǎn)資源安全的供應(yīng)子系統(tǒng)，包括我國礦產(chǎn)資源的稟賦特征、礦產(chǎn)資源供應(yīng)鏈特征和產(chǎn)業(yè)鏈特征；依次地，研究全球礦產(chǎn)品市場子系統(tǒng)、我國礦產(chǎn)品市場子系統(tǒng)，全球地緣政治、產(chǎn)業(yè)政策、中國政策、環(huán)保等社會子系統(tǒng)。一級子系統(tǒng)間的相互作用構(gòu)成子系統(tǒng)間關(guān)鍵指標相互影響的作用鏈，這些作用鏈將構(gòu)成我國資源安全保障的理論知識模型，指導礦產(chǎn)資源安全巨系統(tǒng)的動態(tài)仿真和預測。

（二）構(gòu)建基于大數(shù)據(jù)平臺的仿真實驗系統(tǒng)

礦產(chǎn)資源安全巨系統(tǒng)的研究需借助大數(shù)據(jù)、云計算和人工智能技術(shù)，將包含理論研究形成的子系統(tǒng)間關(guān)鍵指標相互影響的作用鏈轉(zhuǎn)變成知識圖譜，并讓系統(tǒng)不斷地進行深度學習、迭代、仿真實驗，使系統(tǒng)反復迭代逼近真實，以期實現(xiàn)平臺的智能化運行和決策指導（見圖6）。以我國礦產(chǎn)資源安全研究實踐為例，將礦產(chǎn)資源安全的歷史本底數(shù)據(jù)及其復雜的影響因素數(shù)據(jù)集成，構(gòu)建礦產(chǎn)資源安全巨系統(tǒng)大數(shù)據(jù)平臺，經(jīng)過反復實驗和迭代構(gòu)建形成一個虛擬的資源安全運行巨系統(tǒng)，當外部事件發(fā)生時，如局部的沖突事件發(fā)生，系統(tǒng)可以自動化運行事件的演化規(guī)率和對資源安全系統(tǒng)的影響概率、影響規(guī)模及損失，并給出系統(tǒng)響應(yīng)的最優(yōu)策略。

圖6 礦產(chǎn)資源安全巨系統(tǒng)的研究框架

（三）積極推動政府決策與反饋

巨系統(tǒng)的仿真結(jié)果需要反饋至外部世界，指導外部世界的實踐。因此，一個國家的礦產(chǎn)資源安全巨系統(tǒng)平臺需要由國家部門組織專家力量進行建設(shè)和運行。系統(tǒng)運行的結(jié)論和建議要及時反饋到?jīng)Q策主體，由決策主體通過調(diào)整政策、規(guī)劃等手段最終來調(diào)節(jié)客觀世界系統(tǒng)。決策部門需要根據(jù)決策的建議做頂層設(shè)計，由各級政府部門、科研機構(gòu)、行業(yè)協(xié)會、地勘單位、礦業(yè)企業(yè)統(tǒng)一協(xié)作，通過科技研發(fā)、工程建設(shè)、產(chǎn)品進出口貿(mào)易等手段，完成頂層設(shè)計的任務(wù)目標。在決策執(zhí)行過程中，會形成一個評估和反饋機制，現(xiàn)實世界的反饋信息要進一步在系統(tǒng)中進行模擬，進而及時調(diào)整決策的方向，最終實現(xiàn)由決策主體通過調(diào)整政策、規(guī)劃等手段調(diào)節(jié)客觀世界系統(tǒng)，保障國家的礦產(chǎn)資源安全（見圖7）。

圖7 礦產(chǎn)資源安全巨系統(tǒng)的管理決策實施框架

（四）研究實踐

長期以來，筆者研究團隊堅持以系統(tǒng)性的思維研究礦產(chǎn)資源安全問題。一是不斷探索礦產(chǎn)資源安全巨系統(tǒng)子系統(tǒng)之間的運行和驅(qū)動機理[42~44]。二是高度重視整體性研究。例如，在全礦種的優(yōu)選評價上，提出了戰(zhàn)略性礦產(chǎn)二維評價技術(shù)，為國家首次厘定戰(zhàn)略性礦產(chǎn)目錄奠定了理論技術(shù)基礎(chǔ)[9]。又如，為了綜合衡量一個國家的礦產(chǎn)資源安全狀況，提出了總需求、總供應(yīng)和總體對外依存度、通道依存度的概念和評價方法，提出了圍繞整個供應(yīng)鏈條的綜合評價理論技術(shù)[45]和全鏈條的保障戰(zhàn)略建議。三是始終堅持圍繞礦產(chǎn)資源安全不同空間和時間維度下各個子系統(tǒng)開展精細化研究，如在石油、鐵、銅、鋰、鈷、鎳等單礦種，美國、日本、歐洲、俄羅斯、印度、中亞、非洲和東南亞等重點國家和地區(qū)，重點礦山以及重點企業(yè)等不同維度上開展精細化研究，并已初步搭建了全球性礦產(chǎn)資源安全巨系統(tǒng)大數(shù)據(jù)平臺。研究成果在中國工程院“礦產(chǎn)資源強國戰(zhàn)略”[46]、“國家關(guān)鍵礦產(chǎn)及其材料產(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈高質(zhì)量發(fā)展戰(zhàn)略”[47]兩項咨詢項目中得到了系統(tǒng)應(yīng)用，對自然資源部“全國礦產(chǎn)資源國情調(diào)查與潛力評價”項目起到了理論支撐，并將進一步在國家礦產(chǎn)資源增儲上產(chǎn)、區(qū)塊出讓等重大工作中發(fā)揮作用，更好保障國家礦產(chǎn)資源安全。

六、結(jié)語

本文針對礦產(chǎn)資源安全復雜性特征，將礦產(chǎn)資源安全整體作為一個系統(tǒng)，提出了礦產(chǎn)資源安全巨系統(tǒng)的概念、特征、結(jié)構(gòu)和運行機理，構(gòu)建了基于大數(shù)據(jù)平臺的礦產(chǎn)資源安全巨系統(tǒng)研究的方法論，提出了礦產(chǎn)資源安全系統(tǒng)工程學研究新方向。礦產(chǎn)資源安全巨系統(tǒng)概念和理論技術(shù)體系的提出，一方面是基于當下日益復雜的國際環(huán)境，另一方面是基于筆者研究團隊多年研究經(jīng)驗的集成性思考，有利于應(yīng)對我國當前復雜嚴峻的資源保障形勢，系統(tǒng)提升我國礦產(chǎn)資源的安全保障能力。

錢學森認為，復雜的總體協(xié)調(diào)任務(wù)不可能靠一個人完成，因為他不可能精通整個系統(tǒng)所涉及的全部專業(yè)知識，這就要求以一種組織、一個集體來對這種大規(guī)模協(xié)調(diào)活動進行統(tǒng)一指揮[29]；提出了總體設(shè)計部的思路，成功指導了我國軍事、國防、航天等各個部門的科技研發(fā)。在當前形勢下，我國礦產(chǎn)資源安全巨系統(tǒng)問題的解決，也需要配備由相關(guān)的戰(zhàn)略專家、各級決策主體和智能化平臺組成的總體設(shè)計部，協(xié)調(diào)多部門、多主體，協(xié)調(diào)局部利益與整體利益、短期經(jīng)濟利益與安全利益、生態(tài)利益與安全利益等多種利益主體，能夠依靠智能化平臺動態(tài)監(jiān)測、預警國家礦產(chǎn)資源安全狀況，提出實時決策，共同保障國家礦產(chǎn)資源安全長治久安。盡管如此，礦產(chǎn)資源安全巨系統(tǒng)的研究框架還需繼續(xù)發(fā)展和深化，力爭建成虛擬礦產(chǎn)資源運行巨系統(tǒng)，以科學、高效、及時、智慧地應(yīng)用于礦產(chǎn)資源安全保障的實踐和決策。

利益沖突聲明

本文作者在此聲明彼此之間不存在任何利益沖突或財務(wù)沖突。

Received date:September 17, 2023;Revised date:October 26, 2023

Corresponding author:Chen Qishen is a research fellow from the Institute of Mineral Resources, Chinese Academy of Geological Sciences.His major research fields include mineral resources investigation and evaluation, security and management. E-mail: chenqishen@126.com

Funding project:Project of China Geological Survey, Ministry of Natural Resources (DD20211405, DD20230040); National Natural Science Foundation of China (42271281)