中 国 地 质 大 学
资 源 信 息 系 统
第一章 绪论
资源信息系统China University of Geosciences
目 录
第二节 地矿数据处理与资源预测评价技术2
第一节 地矿勘查数据采集与管理技术31
第三节 地理信息系统 (GIS)技术3
第四节 地质信息科学概述4
资源信息系统China University of Geosciences
第二节 资源信息处理与预测评价技术
在资源勘查与开发领域，计算机技术的最早就是
用于信息处理和预测评价的。经过多年的发展，这
方面的技术类型繁多、内容十分丰富。
这些技术可以大致归纳为：勘查与开发数据分析
及资源统计预测技术、勘查与开发图件机助编制及
多维图示技术、地质 — 成矿过程计算机模拟技术、
资源预测与勘查评价的人工智能技术等几个方面。
资源信息系统China University of Geosciences
一、勘查数据分析与资源统计预测技术
主要是利用电子计算机的快速运算功能，来实现各
种数学模型的解算，达到压制干扰、突出有用信息的
目的，并且对有效信息进行各种统计、分析和综合。
其内容包括 物探方法模型的正、反演计算, 化探及地
质编录数据的统计分析,矿产资源的定量预测, 储量
的计算与统计, 工程岩土力学和水力学计算 等，此外，
还包括 大量日常工作的数据换算 。
资源勘查数据分析 是资源行业最早应用计算机技术
的领域。随着以地质数据多元统计分析为基础的数学
地质的迅速发展，以及矿床统计预测的理论和方法的
提出和完善 (赵鹏大等,1983,1994; 侯景儒等,1993)，
这方面的技术日趋成熟。
资源信息系统China University of Geosciences
由于计算机硬件和软件的迅速发展，发达国家勘
查数据的计算机分析技术自八十年代起，已从单纯
的运算、统计扩展为 地质资料的综合解释 推断。
国外在石油地质领域中所开发的许多软件，都属
于这种类型，其中以美国的 GeoQuest 和
Landmark 最为著名。
这些软件能够对二维、三维的地震勘探、钻探和
测井数据进行构造、沉积和含油气性的综合解释，
能够辅助人们完成勘探研究、井位确定、成藏分析
和油藏描述等项任务。
资源信息系统China University of Geosciences
国内勘查数据分析方面的大型软件研制较少,长
期以来都是依靠进口，与先进国家的差距比较大。
由我国地调局和 信息研究院联合研制的 KPX系
统，是一个较大型的固体矿产勘查软件系统，具
有很强的日常勘查数据处理及储量计算能力，在
标准化、系统化和商品化方面都有大的改进。
国内用于日常地质勘查数据分析的中、小型软
件主要靠自已开发，创意和技巧水平不比国外差,
但通用性及其效果仍较差。
资源信息系统China University of Geosciences
矿床统计预测 是一项,把区域地质、成矿规律、
地质数学信息和概念加以综合，并用计算机进行
综合评价的工作” (Agerterbeg,1974)。
赵鹏大教授等经过多年的实践和探索，总结出
矿床统计预测的基本理论、基本准则和基本方法。
根据预测的目的、范围、比例尺、内容、方式
及成果的差异，矿床统计预测可分为矿产资源总
量预测和潜力评价、成矿远景区定量预测、矿床
及矿体定量预测。
资源信息系统China University of Geosciences
矿床统计预测的方法丰富多彩
用于 矿产资源总量估计和潜力评价 的方法有：
单元区域价值估计法、丰度估计法、体积估计
法、矿床模型估计法、德尔非法、特征分析法、
成因地质模型法,,镶嵌模型, 估计矿床产出
概率法、矿床值概率分布法、综合法，等等；
用于 成矿远景区定量预测 的方法有：找矿信
息量分析法、回归分析法、判别分析法、聚类
分析法、逻辑分析法、秩相关分析法、欧氏距
离分析法、条件概率分析法，等等。
资源信息系统China University of Geosciences
用于 矿床和矿体定量预测 常用的方法，除了
成矿远景区定量预测常用的几种外，还有趋势面
分析法、最优分割法,阶梯函数分析法、因子分
析法、对应分析法、对应聚类分析法、马尔科夫
过程分析法、特征分析法、矿床模型法、不确定
模型法，特别是我国学者所提出的基于求异理论
的无模型预测法和基于地质、物探、化探、遥感
资料的综合信息法，等等。
这方面研究成果丰富，软件品种多样且数量巨
大，许多程序已经在国内外公开发表，基本上可
满足广大用户使用。
资源信息系统China University of Geosciences
由 D.G.Krige首创，经 De Wijs,G.Matheron,D,
Myers,A.G.Journel等人共同努力所发展的 地质统
计学方法，是一种重要的空间数学地质方法。
这种方法在充分地考虑观测点空间关系的基础上，
应用统计学的各种基本原理,提出了一 些用于对空
间对象及其变化进行描述和估计的统计工具，如变
差函数、体积 -方差关系、克里格法等。
由于地质数据都是空间数据，地质统计学被认为
是最合适研究地质问题的工具 (李裕伟,1998)，在
矿产勘探、储量计算、资源预测、矿山生产、地下
水勘查、工程地质勘察、地球化学调查、地球物理
勘探以及环境保护领域中，得到了广泛的应用。
资源信息系统China University of Geosciences
进入 80年代以来，随着计算机应用的普及，
地质统计学发展更为迅速，在涌现出诸如协克里
格、泛克里格、稳健克里格等许多新方法的同时，
也开发出了许多相应的的软件系统。例如
GEOMATH,GEOSTAT,GEMCOM,VULCAN 等公司，
均推出了高水平地质统计学软件。
当前地质统计学的一个重要发展方向，是与空
间信息的存贮、管理和提取技术 —— 地理信息
系统 (GIS)结合起来。这两种空间信息技术的结
合，将使空间信息在图形和数据之间方便地来回
转换，可能促使地质与矿产资源空间信息的分析
和区域评价技术产生质的飞跃。
资源信息系统China University of Geosciences
近些年来，灰色系统理论 (邓聚龙,1982)、
模糊数学、分形几何学和模式识别方法等也被逐步
引进，成矿过程的非线性理论的研究也已经起步 (赵
鹏大等,1998;於崇文等,1998)
同时，数据库系统 (DBS)、地理信息系统 (GIS)、
遥感 (RS)技术、专家系统 (ES)和人工神经网络系统
(ANNS)技术也得到了广泛的应用。
这一切大大地丰富了矿产资源的定量预测的理论
的方法。预计矿产资源的定量预测技术的未来发展
趋势，将是 多种属性信息与空间信息的综合分析、
多种数学方法与技术方法的交叉运用，并与信息系
统的开发应用密切结合，实现, 多 S”结合与集成。
资源信息系统China University of Geosciences
二、资源图件机助编制与多维图示技术
应用计算机图形技术来编制和显示资源图件，既
能保证质量、减少编图、制图和修编的工序和时间，
还可以实现图形数据共享，方便图形的存贮、保管和
使用。西方发达国家经多年的探索，到 80年代中期，
都在不同程度上实现计算机辅助编制和出版正式资源
图件。英国地调所 (BGS)的数字制图生产工序，在 21
世纪 90年代初就已试验定型并形成常规生产流程，他
们的 1:5 万,1:25万和 1:62.5万的高质量彩色地质图
件的再生产，都采用了数字技术。
资源信息系统China University of Geosciences
美国地调所 (USGS)利用计算机来设计和准备产
品，也已成为日常编图过程的一部分。
他们采用栅格扫描方式进行数字化、人机交互
方式进行修编和矢量化，再用激光绘图仪生成高
精度分色图胶片，然后印刷，成功地翻版了旧的
的测量地图。
整个过程从传统手工方法需几个月减少到几个
小时,80年代中期,USGS又在微机上开发了辅助
编图软件，赋予了图形数字化、编辑、修改、质
量控制、转换比例尺和投影方式等项功能。
资源信息系统China University of Geosciences
加拿大安大略省地调所在 80年代末期，初步实现
了从野外画草图到出版彩色图件的填图全过程计算
机化，并于 1989年出版了第一幅数字彩色地质图。
法国地质矿产资源局 (BRGM)也利用计算机辅助编
图系统和彩色印刷系统出版了 1:5万区调正式图件。
目前，发达国家的计算机辅助编图技术已经从研
究转入实际应用，从对旧图的修编与再版，发展到
在实际填 (编 )图项目中的一次性成图。
资源信息系统China University of Geosciences
澳大利亚 AGSO从 1990年开始的第二代全国
地质填图计划的全部项目，都采用了计算机
辅助编图技术。
他们制定了野外数据采集的各种标准和工作
流程，采用手持式全球定位系统 (GPS)确定采
样和观测点位置,使用数据采集器进行数据采
集，再利用 Oracle建立各类数据库，然后用
ARC／ INFO系统进行数据综合、叠加、交互式
编辑修改。 最后用激光照排机生成分色加网
胶片，再制版印刷。
资源信息系统China University of Geosciences
我国资源勘查开发图件计算机辅助编制技
术的研究开始于 80年代初期，到 80年代末期已
取得可喜成绩。
中国地质大学开发的 GMMCAD采用统一 行业
标准和部颁标准 )的图式图例和标准 (国家标
准 )的术语代码，而且与数据库系统相结合，
基本上实现了除彩色地质图之外的各种勘查图
件的计算机辅助编绘。在煤炭部某些勘探部门
及水利部某些大型工程中应用，取得了显著的
经济效益和社会效益。
资源信息系统China University of Geosciences
国彩色地质图的计算机辅助出版系统的研
究、开发开始于 80年代中期，所取得的代表性
成果是中国地质大学开发的 MapCAD系统。至 90
年代中期，该系统已经被用于旧的地质图修编、
存贮工作中，完成了一系列 1:100万,1:200万、
1:400 万的全国地质图、矿产图和水文地质图
等的制图任务。目前，又开始被应用于 1:20万
和 1:5万区域彩色地质图的存储、修编和印制。
资源信息系统China University of Geosciences
至于野外地质调查数据一次性生成彩
色区域地质图的计算机辅助设计，国内外
尚无成熟的软件系统进入市场。中国地质
大学 (武汉 )所开发的计算机辅助 1:5万区
域地质填图系统 (GeoMapping)，可认为
是在这方面所进行的成功尝试。
资源信息系统China University of Geosciences
资源信息系统China University of Geosciences
可以自动编绘各种钻孔地质柱状图
资源信息系统China University of Geosciences
可以辅助编绘各种地质勘探剖面图
资源信息系统China University of Geosciences
可以辅助编绘沉积断面图和平衡剖面图
资源信息系统China University of Geosciences
能在生成的地质图上任意切割并自动绘制剖面图
资源信息系统China University of Geosciences
地质图件机助编制技术的发展方向，一是与三维
图示技术结合，实现地质数据资料的立体表现；二
是把人机交互方式和人工智能方式结合起来。
其中的人工智能式编图，是当前欧美地图制图专
家和资源勘查图件制图专家研究的重要课题。
计算机多维图示技术的迅速发展及其在地质模型
研究中的应用，是最近几年的事情。
借助三维乃至四维图示技术，能将庞杂的地质数
据形象化、立体化、动态化，大大地提高了它们的
可视性和推断解释的准确性 (Bruce,1996)。
资源信息系统China University of Geosciences
目前国外三维数字地理模型静态图示软件已
经商品化,三维的多边形域柱状图编绘技术趋
于成熟，任意形状的复杂地质模型立体图示
技术也已经取得了重大进展。
多维图示技术与数据库,GIS、资源勘查数
据分析及地质过程模拟技术相结合，产生了
计算机地质动画技术。
只要资料数据充分、分析模型可靠，便可跨
越时空，按照各种地质现象发生的, 时序,,
形象地再现地质体和地质作用的发生、发展
历程,
资源信息系统China University of Geosciences
通过计算机 地质动画技术,地质工作者能够
,透视, 地下地质体，直观地理解地质作用,
成矿作用和地质灾害的发生发展过程，动态地
监视滑坡、塌陷等地质灾害和地下水的变化。
这种地质模型的多维动态图示技术，也称为
,图形诊断技术,,已经开始用于油气藏描述,
盆地模拟、油气成藏动力学模拟、工程基础岩
体描述和滑坡灾害发生过程模拟。
资源信息系统China University of Geosciences
与 DEM叠合生成、显示立体地质图
北京周口店黄院
资源信息系统China University of Geosciences
可任意进行井巷和隧道切割和挖掘分析
资源信息系统China University of Geosciences
地质模型图示技术面临的难题是：资源勘查数据升维
的内插、外推及其与地质过程数学模拟的结合。
地质体的物质组成、结构构造及演化历程都极为极为
复杂，其立体构形和动态再现极为困难。这里涉及到地
质数据的可利用性和地质模型的可靠性问题。
利用人工地震勘探所形成的三维数据体，很容易实现
地质模型的立体、动态显示。
但是，其它资源勘查手段所获取的数据，往往是以为
一维和二维的，有的甚至是点的数据。要实现立体动态
显示，首先解决数据升维问题。
资源信息系统China University of Geosciences
由于观测点之间、钻孔之间和测线之间通常有
较大的距 离，而地质体的物质组成、结构构造及
其空间形态极不规则且变化急剧，数据升维必须
进行复杂的内插、外推和模拟。
同时，由于地质体经历过长期的发展演化，地
质过程的重塑和再造涉及复杂的思维和分析模型。
单纯靠现有的立体动画技术，不可能很好地解
决这些问题。因此，不但应当在计算机图形学方
面做进一步开拓，还需要加强地质模型研究,将
多维动态图示技术与地质过程数学模拟结合起来，
不断增强对复杂地质体的立体动态表现力。
资源信息系统China University of Geosciences
我国较少开展多维图示技术的基础软件开发，多
数利用国外的商品化软件作二次开发，同样取得了一大
批具有重要价值的应用软件。
其中，中国石油天然气总公司和中国海洋石油总公司
的有关研究单位以及中国地质大学 (武汉 )、石油大学
等院校，在三维地震解释、油藏模拟、盆地模拟和勘探
目标模拟等方面的成果较为突出。
最近，中国地质大学 (武汉 ) 在中国海洋石油总公司的
支持和资助下，开始了多维图示技术的基础软件开发，
并且已经取得了一 些重要进展。
三维地层 — 构造格架和沉积体静态模拟系统和动态模
拟系统的开发成功，可作为这方面的代表性成果。
资源信息系统China University of Geosciences
三、地质过程计算机模拟技术
地质 (包括成矿 )过程计算机模拟也称为地质过程数学模
拟，它是近二十年来在计算机地质应用领域里迅速发展着
的一种仿真技术。
地质过程所涉及的空间之大、时间之长、影响因素之多、
相互作用之复杂，是难以用实物的物理模拟方法和化学模
拟方法来再现的。
这个问题长期以来困惑着地质学家，既阻碍了人类深入、
全面地认识地质过程，也阻碍了地质科学的定量化进程。
自从计算机技术引进地学领域后，发达国家的地质学家
们就开始地质过程的计算机模拟研究，并迅速取得进展。
资源信息系统China University of Geosciences
地质过程计算机模拟的一般方法是：首先通过地质实
体研究来建立对象的地质过程和地质特征的概念模型，
再选择适当的数学模型来描述其中的主要过程，然后让
计算机按一定的时序和法则来执行数值运算和逻辑推理
(Harbaugh et al.,1980)。
所采用的数学模型可以是准确 的数学函数表达式,也
可以是概率性的、经验性的甚至逻辑启发性的关系表达
式，地质过程数学模拟随之可分为静态确定型 (例如构
造应力场模拟 )、动态确定型 (例如地下水动力学模拟 )、
动态随机型 (例如某些沉积作用模拟 )和动态混合 (确定
＋随机 )型，例如油气成藏动力学模拟 )和人工智能型。
资源信息系统China University of Geosciences
动态模型可以看做一系列静态型的有序组合，确定
性模型可以看作随机模型的特例。
这些模型通过演绎和推理，可以随着输入数据的增
加而提高仿真程度，又可以按离散的时间增量前进而
实现动态效果，还可以及时地将结果同实际数据进行
对比，不断地修改模型以适应实际情况。
当所归纳的地质过程在计算机内持续的“时间”足
够长，便可以产生与实际地质过程相似的数字化“结
果” 。
资源信息系统China University of Geosciences
地质工作者可以将
这种从研究对象中抽取的
概念模型及其相应的数学模型
看作实验工具
通过改变各种条件和参数来观察它的反应，从而
定量地揭示各种地质事件中主要影响因素的相互
关系，以及变化趋势和可能结果。
达到理解和掌握地质过程的规律性和特殊性，实
现预测、评价矿产资源形成分布的状况和预报地
质灾害的目的。
资源信息系统China University of Geosciences
从国外情况看，计算机模拟最早是从与地下水有关的
研究开始的。美、日、法、英等国在十几年前就已经
广泛地应用计算机模拟，来解决地下水资源管理问题 。
然而，计算机模拟在近年来发展得最为迅猛的领域要
算石油天然气勘查领域。这就是人们常说的盆地模拟
(Basin Simulation)。
盆地模拟从研究盆地的构造演化、沉积演化和地热演
化入手，分析岩层分散有机质的降解和烃类的生成、
排放、运移、聚集过程的影响因素及控制条件，建立
其概念模型和数学模型；然后利用计算机来再现这一
过程，达到预测、评价盆地和富集带油气潜力的目的。
资源信息系统China University of Geosciences
由于这一方法在预测盆地油气潜力、提高勘探命中
率、降低投资风险方面有显著效果，从 80年代初期
以来得到广泛的重视 (Leonard,1989)。
从技术方法看，目前盆地模拟已经从一维的单井模
拟经过二维联井剖面模拟，发展到三维区块或盆地
整体模拟，并且正在向四维的时空动态模拟发展；
从模拟内容看，已经从单一的油气资源量模拟，发
展成了盆地地质过程的综合模拟和油气富集区带的
油气成藏动力学模拟，并且向以确定钻探靶区为目
的的油气勘查目标模拟发展。
资源信息系统China University of Geosciences
到目前为止，国际上已经开发应用的的盆地模
拟软件有近百个，其中比较有名的有德国有利希
公司、法国石油研究院、美国南卡大学和英国 Bp
石油公司研制的二维盆地模拟系统。
石油地质领域内另一种较为成功的过程模拟，
是旨在定量地描述油气藏特征及其变化的三维油
藏模拟。由于该项模拟是建立在密集的钻孔资料
和现今地下水动力学基础之上的，理论基础和技
术方法都较为成熟，在油气资源勘探开发过程中
发挥了重要作用。
资源信息系统China University of Geosciences
在地学各个领域，各种地质作用计算机模拟的研究
也在蓬勃地开展着，大至板块相互作用、造山运动、
造盆运动、古气候演化和古生物演化的模拟，小至
岩层褶皱作用、断裂作用、成矿作用、地质灾害的
酝酿、水库和渠道的渗漏和淤填、坝基和边坡的稳
定性等的模拟，都取得了显著进展。
动画和多媒体技术的采用，使地质过程数学模拟有
了良好的声象表现形式。 1989 年美国能源部曾利
用 Cray -1 巨型机，完成了几百秒钟的火山喷发过程
模拟，十分逼真、生动，使人如同亲临其境，从而
深化了人们的科学认识。
资源信息系统China University of Geosciences
我国这方面的工作刚起步不久，但在地下水
资源、盆地模拟、地球化学动力学模拟、地
下热流体动力学模拟和海底喷流成矿模拟等
方面，已取得初步成果。
中国地质大学 (武汉 ) 的成矿动力学模拟系
统 (於崇文等,1996)、沿海地区的地下海水
入侵模拟系统 (陈宗希,1996) 以及北京石油
规划设计院和海洋石油研究中心所分别开发
的大型二维盆地模拟系统 (石广仁,1994;王伟
元等,1995)，具有较高的水平和实用性。
资源信息系统China University of Geosciences
鉴于地质体与资源形成演化过程的复杂性，
地质过程计算机模拟的发展方向是：
加强研究对象的实际地质过程分析，提高概念模型
的相似性；
注重地质作用过程各影响因素的相互作用分析，尤
其注意揭示其中的反馈控制关系；
考虑实际地质过程的非线性特征和地 质体的分形特
征，开展非线性动力学和分形模拟研究；
与数据库及 GIS密切结合，充分利用资源勘查中所
获取的庞大空间和属性信息；
与人工智能模拟相结合，吸取专家的知识与经验，
体现勘查人员的分析思路与方法；
与三维动态图示技术结合，将动力学模拟与非动力
学模拟结合起来，向整体的三维化、动态化发展。
资源信息系统China University of Geosciences
最近，中国地质大学 (武汉 )与中国海洋
石油总公司联合开发的, 油气成藏动力学
模拟评价系统,,
将动力学模拟与非动力学模拟结合起来，以非动力学
模拟再造油气生排运聚散过程的三维物质空间；
将经典动力学模拟与系统动力学模拟结合起来，以系
统动力学模拟反映子系统之间的反馈控制关系和整体
的非线性过程；
将数值模拟与人工智能模拟结合起来，人工智能模拟
体现地质学家的思想、方法、知识与经验，解决局部
过程的非线性问题，
并且采用各种镶嵌、套合技术和图示技术，初步实现
了油气成藏动力学过程的三维动态和可视化模拟。
资源信息系统China University of Geosciences
人工智能技术包括专家系统 (ES,Expert System)
与人工神经网络系统 (ANNS,Artificial Nerve
Network System) 两种类型。
资源的预测评价的专家系统，是一种计算机程序，
它由“知识库”和“推理机”两部分组成。
在知识库内凝聚有相当数量的权威性知识，并能根
据用户提供的信息，运用所存储的专家知识，通过推
理机以专家水平或接近专家的水平来解决特定领域中
的实际问题。
四、人工智能技术在资源预测
与勘查评价中的应用
资源信息系统China University of Geosciences
由于学科本身的特点，地质学一直是
专家系统应用研究的活跃领域。
地质学的很多问题如大陆漂移、岩石的破裂、矿床的
形成等等，都不是单纯的数学推理能够解决的，定性
分析一直是认识地质作用、预测评价资源的主要方式。
地质学又是个实践性很强的科学，到自然界去调查研
究、在实践的基础上进行分析、对比、归纳、分类，
将今论古，根据事物的已知规律去推断未知，是地质
学的最基本的研究方法。
许多复杂地质问题的解释和处理，在很大程度上依赖
于专家的知识和经验。
资源信息系统China University of Geosciences
专家系统是人工智能技术研究
发展到一定阶段的产物，是使人工智
能由研究走向实用的最令人信服的技
术，可以充分发挥专家作用，使得一
般地质人员能象专家那样工作，从而
提高找矿和勘探效果。
资源信息系统China University of Geosciences
世界上第一个地学领域的专家系统 (prospector)，
是 1974-1983年期间由斯坦福国际研究所与美国
地调所协作开发与完善的，用于固体矿产资源评
价。
应用该系统对华盛顿州的一个老钼矿进行研究，
发现了新的矿体，增加了储量。
美国地调所 长期坚持这方面的探索，不断为其
补充矿床模型，到 1987年,prospector— Ⅱ 的知
识库中的矿床模型已由 22个扩展到 88个，预测评
价的准确性得到进一步提高。
资源信息系统China University of Geosciences
此后，英、法、加、澳、日、原苏联等国都先
后开展了这方面的研究。
与其他方面的计算机应用一样，专家系统的开
发首先在石油勘探和资源评价方面取得了进展，
涌现出一批有实用价值的软件系统，例如
DIPMETER ADVISER,DRILING ADVISER、
ELAS,Geologic和 Fonix等等，在生产实践中产
生了效益。
其功能主要是进行地质分析、油层分析、钻井
资料解释、钻探过程控制等等。
资源信息系统China University of Geosciences
USGS 正在加紧研究开发盆地分析专家系统、
解释化探异常的专家系统、遥感图象解释专家
系统等。
美国水和环境高级决策中心开发的水井设计
专家系统，解决了该单位专家不足的困难，提
高工作效率二十倍左右。
目前国外还出现了一些新型复合式专家系统，
它把数据分析处理和资源预测评价比较复杂的
问题，分解成若干专家子系统，然后让各子系
统的结论作为更高层次专家系统的输入，以完
成某些单一系统所不能胜任的工作。
资源信息系统China University of Geosciences
国内地学领域专家系统的研究是从八十年代初
期开始的，先后涌现出物探资料推断解释、油气
资源评价、古沉积环境分析、金属矿产评价、地
震资料解释、水资源寻找等专家系统。
在早期的成果中，较为著名的有胜利油田的石
油测井解释专家系统、海洋石油勘探开发研究中
心的油气资源评价专家系统 (王伟元等,1993)，
吉林大学的 AMRB4航空物探专家系统和浙江大
学的钨矿预测评价专家系统，等等。
资源信息系统China University of Geosciences
从 89年开始，在国家“八六三”高技术研究的推动
下，地矿部科技司组织了题为,矿产资源、地质环境专
家系统”的研究。经过 5年的攻关，取得了一系列重要成
果。
中国地质大学 (武汉 )的大比例尺矿床统计预测专家系统
(MILASP)和长春地质学院的金矿综合信息预测专家系统，
便是其中的代表。
MILASP系统根据地质异常理论 (赵鹏大等,1995)和矿
床统计预测理论、方法设计。它集多源信息输入、数据处
理、图形、图象处理、表格处理和专家系统功能于一体，
用于大、中比例尺矿床统计预测研 究。
该系统已经在川陕交界地区的多金属矿床预测中，取得
了实际效益。
资源信息系统China University of Geosciences
从国内外情况看，绝大多数专家系统在地学
领域的应用仍处在试验研究阶段,仅在问题明确、
范围较窄、专家知识比较成熟的领域走向了实用。
目前，专家系统有两个明显的发展趋势：
其一是与数据库,GIS 及图示技术相结合，尽量避免
仅依靠少量数据进行简单逻辑推理、判断，通过大量
占有资料、分析资料和综合资料来提高解释、推断能
力。
其二是采用人工神经网络技术 (ANN,Artificial
Neural Network)，研制新型的专家系统 —— 神经网
络专家系统。
资源信息系统China University of Geosciences
人工神经网络 (ANN) 仿照人脑的结构和机理，
由大量的简单元件 (神经元 )按一定的模式和规则
(算法 )广泛相互连接而成，是一个复杂的大系统。
在信息处理过程中，可以模拟人脑按神经元之间
的连接强度，对信息作放大或缩小处理，因而能够
模仿人的神经活动，进行信息传输和从研究实例中
自动获取知识。
其神经元之间的连接强度系数，通常由 ANN的学
习规则 (算法 ) 决定。目前已经有近 40种在神经元
特征、互连模式和学习规则等方面存在差异的 ANN
模型，其中比较适合于资源预测评价的常用模型是
BP,SOM,ART和 CPN等。
资源信息系统China University of Geosciences
这些 ANN 的都具有的强大的知识学习、联想、
自组织和自适应能力；同时由于采用大规模、并
行分布式存储与处理机制，使知识的获取、存储
与推理一体化，克服了专家系统存在的知识获取
难、学习能力差和知识库管理难等缺点。
ANN 的理论和技术在 80年代中期才初步完成，但
因为在解决诸如判别分类、模式识别、预测评价、
组合优化决策、图象识别等类问题上表现出卓越
能力和在非线性复杂问题的分析和判断方面具有
明显优势，使得经济发达的西方国家地学界从 80
年代末开始，就掀起了 ANN应用研究的热潮。
资源信息系统China University of Geosciences
利用 ANN 进行资源预测评价,不要求有假设条
件，也不要求事先搞清楚控矿条件和找矿标志
与资源体及资源量之间的定量关系，而只要求
提供足够的学习样本 (实例 )。
ANN通过学习，自己会找出标志和条件与资源
之间的定量关系 (且通常是非线性的 )，并且以
隐含方式存贮于网络权阵中。
经训练后的 ANN可用于资源远景区的识别和资
源量预测，但目前这方面的报道还很少。
资源信息系统China University of Geosciences
Morgan(1990)曾利用 BP网络对美国怀俄明州香
农盆地的油气资源作了预测评价试验，所得的结
果与实际情况相符合。
克拉里西等 (1995)也曾利用 BP模型来进行矿床
的可采储量计算试验，结果与采用普通克立格法
和条件模拟法可以对比，并且估算精度随着训练
次数的增加而提高。
ANN 还可以用于解决复杂的组合优化和多目标
决策问题，例如，资源勘查、开发和管理中的勘
查技术方法和手段的组合优化决策问题、最优勘
探方案的选择、资源配置与合理利用问题、勘查
投资结构的优化及投资风险的评估决策等。
资源信息系统China University of Geosciences
ANN 尽管有许多优点，但也有明显的局限性,
对所有的知识处理都归结为数值运算，可能损害或
歪曲知识的内涵，导致得出错误结论；
对知识的表达、存储和推理 (计算 )都是隐式的，用
户无法了解它的推理过程和推理依据；
系统性能在很大程度上依赖于学习样本的数量和质
量，样本的代表性太差，将导致系统性能恶化。
为了弥补 ANN的不足，有些研究者考虑把 ANN与
ES结合起来，实现符号处理与数值处理的一体化。
这样的人工智能系统在知识的提取、存储、推理
和解释等方面，就更加接近人脑了。
资源信息系统China University of Geosciences
中国地质大学 (武汉 ) 资源信息系统研究
所与海洋石油勘探开发研究中心联合开发
的, 油气运聚人工智能模拟评价系统,,
就是采用了这种方式。
该系统作为, 油气成藏动力学模拟评
价系统, 的子系统，可以实现从油气输
导体系评价、圈闭评价到油气运移主通道
和聚集主圈闭追踪的三维动态模拟。
资源信息系统China University of Geosciences
另有一些研究者则将不同类型的 ANN模型按不
同方式组合起来，构成一个综合的 ANN系统 (称
为, 微脑, )，也可以大大提高 ANN的性能。
还有些研究者把模糊数学、数理统计、拓扑
几何等方法结合到 ANN的学习规则中来，使 ANN
具有求解不确定性、模糊性和随机性问题的能
力，有助于解决地球科学和资源勘查领域中大
量存在的这类问题。
资源信息系统China University of Geosciences
The end
Thanks
资 源 信 息 系 统
第一章 绪论
资源信息系统China University of Geosciences
目 录
第二节 地矿数据处理与资源预测评价技术2
第一节 地矿勘查数据采集与管理技术31
第三节 地理信息系统 (GIS)技术3
第四节 地质信息科学概述4
资源信息系统China University of Geosciences
第二节 资源信息处理与预测评价技术
在资源勘查与开发领域，计算机技术的最早就是
用于信息处理和预测评价的。经过多年的发展，这
方面的技术类型繁多、内容十分丰富。
这些技术可以大致归纳为：勘查与开发数据分析
及资源统计预测技术、勘查与开发图件机助编制及
多维图示技术、地质 — 成矿过程计算机模拟技术、
资源预测与勘查评价的人工智能技术等几个方面。
资源信息系统China University of Geosciences
一、勘查数据分析与资源统计预测技术
主要是利用电子计算机的快速运算功能，来实现各
种数学模型的解算，达到压制干扰、突出有用信息的
目的，并且对有效信息进行各种统计、分析和综合。
其内容包括 物探方法模型的正、反演计算, 化探及地
质编录数据的统计分析,矿产资源的定量预测, 储量
的计算与统计, 工程岩土力学和水力学计算 等，此外，
还包括 大量日常工作的数据换算 。
资源勘查数据分析 是资源行业最早应用计算机技术
的领域。随着以地质数据多元统计分析为基础的数学
地质的迅速发展，以及矿床统计预测的理论和方法的
提出和完善 (赵鹏大等,1983,1994; 侯景儒等,1993)，
这方面的技术日趋成熟。
资源信息系统China University of Geosciences
由于计算机硬件和软件的迅速发展，发达国家勘
查数据的计算机分析技术自八十年代起，已从单纯
的运算、统计扩展为 地质资料的综合解释 推断。
国外在石油地质领域中所开发的许多软件，都属
于这种类型，其中以美国的 GeoQuest 和
Landmark 最为著名。
这些软件能够对二维、三维的地震勘探、钻探和
测井数据进行构造、沉积和含油气性的综合解释，
能够辅助人们完成勘探研究、井位确定、成藏分析
和油藏描述等项任务。
资源信息系统China University of Geosciences
国内勘查数据分析方面的大型软件研制较少,长
期以来都是依靠进口，与先进国家的差距比较大。
由我国地调局和 信息研究院联合研制的 KPX系
统，是一个较大型的固体矿产勘查软件系统，具
有很强的日常勘查数据处理及储量计算能力，在
标准化、系统化和商品化方面都有大的改进。
国内用于日常地质勘查数据分析的中、小型软
件主要靠自已开发，创意和技巧水平不比国外差,
但通用性及其效果仍较差。
资源信息系统China University of Geosciences
矿床统计预测 是一项,把区域地质、成矿规律、
地质数学信息和概念加以综合，并用计算机进行
综合评价的工作” (Agerterbeg,1974)。
赵鹏大教授等经过多年的实践和探索，总结出
矿床统计预测的基本理论、基本准则和基本方法。
根据预测的目的、范围、比例尺、内容、方式
及成果的差异，矿床统计预测可分为矿产资源总
量预测和潜力评价、成矿远景区定量预测、矿床
及矿体定量预测。
资源信息系统China University of Geosciences
矿床统计预测的方法丰富多彩
用于 矿产资源总量估计和潜力评价 的方法有：
单元区域价值估计法、丰度估计法、体积估计
法、矿床模型估计法、德尔非法、特征分析法、
成因地质模型法,,镶嵌模型, 估计矿床产出
概率法、矿床值概率分布法、综合法，等等；
用于 成矿远景区定量预测 的方法有：找矿信
息量分析法、回归分析法、判别分析法、聚类
分析法、逻辑分析法、秩相关分析法、欧氏距
离分析法、条件概率分析法，等等。
资源信息系统China University of Geosciences
用于 矿床和矿体定量预测 常用的方法，除了
成矿远景区定量预测常用的几种外，还有趋势面
分析法、最优分割法,阶梯函数分析法、因子分
析法、对应分析法、对应聚类分析法、马尔科夫
过程分析法、特征分析法、矿床模型法、不确定
模型法，特别是我国学者所提出的基于求异理论
的无模型预测法和基于地质、物探、化探、遥感
资料的综合信息法，等等。
这方面研究成果丰富，软件品种多样且数量巨
大，许多程序已经在国内外公开发表，基本上可
满足广大用户使用。
资源信息系统China University of Geosciences
由 D.G.Krige首创，经 De Wijs,G.Matheron,D,
Myers,A.G.Journel等人共同努力所发展的 地质统
计学方法，是一种重要的空间数学地质方法。
这种方法在充分地考虑观测点空间关系的基础上，
应用统计学的各种基本原理,提出了一 些用于对空
间对象及其变化进行描述和估计的统计工具，如变
差函数、体积 -方差关系、克里格法等。
由于地质数据都是空间数据，地质统计学被认为
是最合适研究地质问题的工具 (李裕伟,1998)，在
矿产勘探、储量计算、资源预测、矿山生产、地下
水勘查、工程地质勘察、地球化学调查、地球物理
勘探以及环境保护领域中，得到了广泛的应用。
资源信息系统China University of Geosciences
进入 80年代以来，随着计算机应用的普及，
地质统计学发展更为迅速，在涌现出诸如协克里
格、泛克里格、稳健克里格等许多新方法的同时，
也开发出了许多相应的的软件系统。例如
GEOMATH,GEOSTAT,GEMCOM,VULCAN 等公司，
均推出了高水平地质统计学软件。
当前地质统计学的一个重要发展方向，是与空
间信息的存贮、管理和提取技术 —— 地理信息
系统 (GIS)结合起来。这两种空间信息技术的结
合，将使空间信息在图形和数据之间方便地来回
转换，可能促使地质与矿产资源空间信息的分析
和区域评价技术产生质的飞跃。
资源信息系统China University of Geosciences
近些年来，灰色系统理论 (邓聚龙,1982)、
模糊数学、分形几何学和模式识别方法等也被逐步
引进，成矿过程的非线性理论的研究也已经起步 (赵
鹏大等,1998;於崇文等,1998)
同时，数据库系统 (DBS)、地理信息系统 (GIS)、
遥感 (RS)技术、专家系统 (ES)和人工神经网络系统
(ANNS)技术也得到了广泛的应用。
这一切大大地丰富了矿产资源的定量预测的理论
的方法。预计矿产资源的定量预测技术的未来发展
趋势，将是 多种属性信息与空间信息的综合分析、
多种数学方法与技术方法的交叉运用，并与信息系
统的开发应用密切结合，实现, 多 S”结合与集成。
资源信息系统China University of Geosciences
二、资源图件机助编制与多维图示技术
应用计算机图形技术来编制和显示资源图件，既
能保证质量、减少编图、制图和修编的工序和时间，
还可以实现图形数据共享，方便图形的存贮、保管和
使用。西方发达国家经多年的探索，到 80年代中期，
都在不同程度上实现计算机辅助编制和出版正式资源
图件。英国地调所 (BGS)的数字制图生产工序，在 21
世纪 90年代初就已试验定型并形成常规生产流程，他
们的 1:5 万,1:25万和 1:62.5万的高质量彩色地质图
件的再生产，都采用了数字技术。
资源信息系统China University of Geosciences
美国地调所 (USGS)利用计算机来设计和准备产
品，也已成为日常编图过程的一部分。
他们采用栅格扫描方式进行数字化、人机交互
方式进行修编和矢量化，再用激光绘图仪生成高
精度分色图胶片，然后印刷，成功地翻版了旧的
的测量地图。
整个过程从传统手工方法需几个月减少到几个
小时,80年代中期,USGS又在微机上开发了辅助
编图软件，赋予了图形数字化、编辑、修改、质
量控制、转换比例尺和投影方式等项功能。
资源信息系统China University of Geosciences
加拿大安大略省地调所在 80年代末期，初步实现
了从野外画草图到出版彩色图件的填图全过程计算
机化，并于 1989年出版了第一幅数字彩色地质图。
法国地质矿产资源局 (BRGM)也利用计算机辅助编
图系统和彩色印刷系统出版了 1:5万区调正式图件。
目前，发达国家的计算机辅助编图技术已经从研
究转入实际应用，从对旧图的修编与再版，发展到
在实际填 (编 )图项目中的一次性成图。
资源信息系统China University of Geosciences
澳大利亚 AGSO从 1990年开始的第二代全国
地质填图计划的全部项目，都采用了计算机
辅助编图技术。
他们制定了野外数据采集的各种标准和工作
流程，采用手持式全球定位系统 (GPS)确定采
样和观测点位置,使用数据采集器进行数据采
集，再利用 Oracle建立各类数据库，然后用
ARC／ INFO系统进行数据综合、叠加、交互式
编辑修改。 最后用激光照排机生成分色加网
胶片，再制版印刷。
资源信息系统China University of Geosciences
我国资源勘查开发图件计算机辅助编制技
术的研究开始于 80年代初期，到 80年代末期已
取得可喜成绩。
中国地质大学开发的 GMMCAD采用统一 行业
标准和部颁标准 )的图式图例和标准 (国家标
准 )的术语代码，而且与数据库系统相结合，
基本上实现了除彩色地质图之外的各种勘查图
件的计算机辅助编绘。在煤炭部某些勘探部门
及水利部某些大型工程中应用，取得了显著的
经济效益和社会效益。
资源信息系统China University of Geosciences
国彩色地质图的计算机辅助出版系统的研
究、开发开始于 80年代中期，所取得的代表性
成果是中国地质大学开发的 MapCAD系统。至 90
年代中期，该系统已经被用于旧的地质图修编、
存贮工作中，完成了一系列 1:100万,1:200万、
1:400 万的全国地质图、矿产图和水文地质图
等的制图任务。目前，又开始被应用于 1:20万
和 1:5万区域彩色地质图的存储、修编和印制。
资源信息系统China University of Geosciences
至于野外地质调查数据一次性生成彩
色区域地质图的计算机辅助设计，国内外
尚无成熟的软件系统进入市场。中国地质
大学 (武汉 )所开发的计算机辅助 1:5万区
域地质填图系统 (GeoMapping)，可认为
是在这方面所进行的成功尝试。
资源信息系统China University of Geosciences
资源信息系统China University of Geosciences
可以自动编绘各种钻孔地质柱状图
资源信息系统China University of Geosciences
可以辅助编绘各种地质勘探剖面图
资源信息系统China University of Geosciences
可以辅助编绘沉积断面图和平衡剖面图
资源信息系统China University of Geosciences
能在生成的地质图上任意切割并自动绘制剖面图
资源信息系统China University of Geosciences
地质图件机助编制技术的发展方向，一是与三维
图示技术结合，实现地质数据资料的立体表现；二
是把人机交互方式和人工智能方式结合起来。
其中的人工智能式编图，是当前欧美地图制图专
家和资源勘查图件制图专家研究的重要课题。
计算机多维图示技术的迅速发展及其在地质模型
研究中的应用，是最近几年的事情。
借助三维乃至四维图示技术，能将庞杂的地质数
据形象化、立体化、动态化，大大地提高了它们的
可视性和推断解释的准确性 (Bruce,1996)。
资源信息系统China University of Geosciences
目前国外三维数字地理模型静态图示软件已
经商品化,三维的多边形域柱状图编绘技术趋
于成熟，任意形状的复杂地质模型立体图示
技术也已经取得了重大进展。
多维图示技术与数据库,GIS、资源勘查数
据分析及地质过程模拟技术相结合，产生了
计算机地质动画技术。
只要资料数据充分、分析模型可靠，便可跨
越时空，按照各种地质现象发生的, 时序,,
形象地再现地质体和地质作用的发生、发展
历程,
资源信息系统China University of Geosciences
通过计算机 地质动画技术,地质工作者能够
,透视, 地下地质体，直观地理解地质作用,
成矿作用和地质灾害的发生发展过程，动态地
监视滑坡、塌陷等地质灾害和地下水的变化。
这种地质模型的多维动态图示技术，也称为
,图形诊断技术,,已经开始用于油气藏描述,
盆地模拟、油气成藏动力学模拟、工程基础岩
体描述和滑坡灾害发生过程模拟。
资源信息系统China University of Geosciences
与 DEM叠合生成、显示立体地质图
北京周口店黄院
资源信息系统China University of Geosciences
可任意进行井巷和隧道切割和挖掘分析
资源信息系统China University of Geosciences
地质模型图示技术面临的难题是：资源勘查数据升维
的内插、外推及其与地质过程数学模拟的结合。
地质体的物质组成、结构构造及演化历程都极为极为
复杂，其立体构形和动态再现极为困难。这里涉及到地
质数据的可利用性和地质模型的可靠性问题。
利用人工地震勘探所形成的三维数据体，很容易实现
地质模型的立体、动态显示。
但是，其它资源勘查手段所获取的数据，往往是以为
一维和二维的，有的甚至是点的数据。要实现立体动态
显示，首先解决数据升维问题。
资源信息系统China University of Geosciences
由于观测点之间、钻孔之间和测线之间通常有
较大的距 离，而地质体的物质组成、结构构造及
其空间形态极不规则且变化急剧，数据升维必须
进行复杂的内插、外推和模拟。
同时，由于地质体经历过长期的发展演化，地
质过程的重塑和再造涉及复杂的思维和分析模型。
单纯靠现有的立体动画技术，不可能很好地解
决这些问题。因此，不但应当在计算机图形学方
面做进一步开拓，还需要加强地质模型研究,将
多维动态图示技术与地质过程数学模拟结合起来，
不断增强对复杂地质体的立体动态表现力。
资源信息系统China University of Geosciences
我国较少开展多维图示技术的基础软件开发，多
数利用国外的商品化软件作二次开发，同样取得了一大
批具有重要价值的应用软件。
其中，中国石油天然气总公司和中国海洋石油总公司
的有关研究单位以及中国地质大学 (武汉 )、石油大学
等院校，在三维地震解释、油藏模拟、盆地模拟和勘探
目标模拟等方面的成果较为突出。
最近，中国地质大学 (武汉 ) 在中国海洋石油总公司的
支持和资助下，开始了多维图示技术的基础软件开发，
并且已经取得了一 些重要进展。
三维地层 — 构造格架和沉积体静态模拟系统和动态模
拟系统的开发成功，可作为这方面的代表性成果。
资源信息系统China University of Geosciences
三、地质过程计算机模拟技术
地质 (包括成矿 )过程计算机模拟也称为地质过程数学模
拟，它是近二十年来在计算机地质应用领域里迅速发展着
的一种仿真技术。
地质过程所涉及的空间之大、时间之长、影响因素之多、
相互作用之复杂，是难以用实物的物理模拟方法和化学模
拟方法来再现的。
这个问题长期以来困惑着地质学家，既阻碍了人类深入、
全面地认识地质过程，也阻碍了地质科学的定量化进程。
自从计算机技术引进地学领域后，发达国家的地质学家
们就开始地质过程的计算机模拟研究，并迅速取得进展。
资源信息系统China University of Geosciences
地质过程计算机模拟的一般方法是：首先通过地质实
体研究来建立对象的地质过程和地质特征的概念模型，
再选择适当的数学模型来描述其中的主要过程，然后让
计算机按一定的时序和法则来执行数值运算和逻辑推理
(Harbaugh et al.,1980)。
所采用的数学模型可以是准确 的数学函数表达式,也
可以是概率性的、经验性的甚至逻辑启发性的关系表达
式，地质过程数学模拟随之可分为静态确定型 (例如构
造应力场模拟 )、动态确定型 (例如地下水动力学模拟 )、
动态随机型 (例如某些沉积作用模拟 )和动态混合 (确定
＋随机 )型，例如油气成藏动力学模拟 )和人工智能型。
资源信息系统China University of Geosciences
动态模型可以看做一系列静态型的有序组合，确定
性模型可以看作随机模型的特例。
这些模型通过演绎和推理，可以随着输入数据的增
加而提高仿真程度，又可以按离散的时间增量前进而
实现动态效果，还可以及时地将结果同实际数据进行
对比，不断地修改模型以适应实际情况。
当所归纳的地质过程在计算机内持续的“时间”足
够长，便可以产生与实际地质过程相似的数字化“结
果” 。
资源信息系统China University of Geosciences
地质工作者可以将
这种从研究对象中抽取的
概念模型及其相应的数学模型
看作实验工具
通过改变各种条件和参数来观察它的反应，从而
定量地揭示各种地质事件中主要影响因素的相互
关系，以及变化趋势和可能结果。
达到理解和掌握地质过程的规律性和特殊性，实
现预测、评价矿产资源形成分布的状况和预报地
质灾害的目的。
资源信息系统China University of Geosciences
从国外情况看，计算机模拟最早是从与地下水有关的
研究开始的。美、日、法、英等国在十几年前就已经
广泛地应用计算机模拟，来解决地下水资源管理问题 。
然而，计算机模拟在近年来发展得最为迅猛的领域要
算石油天然气勘查领域。这就是人们常说的盆地模拟
(Basin Simulation)。
盆地模拟从研究盆地的构造演化、沉积演化和地热演
化入手，分析岩层分散有机质的降解和烃类的生成、
排放、运移、聚集过程的影响因素及控制条件，建立
其概念模型和数学模型；然后利用计算机来再现这一
过程，达到预测、评价盆地和富集带油气潜力的目的。
资源信息系统China University of Geosciences
由于这一方法在预测盆地油气潜力、提高勘探命中
率、降低投资风险方面有显著效果，从 80年代初期
以来得到广泛的重视 (Leonard,1989)。
从技术方法看，目前盆地模拟已经从一维的单井模
拟经过二维联井剖面模拟，发展到三维区块或盆地
整体模拟，并且正在向四维的时空动态模拟发展；
从模拟内容看，已经从单一的油气资源量模拟，发
展成了盆地地质过程的综合模拟和油气富集区带的
油气成藏动力学模拟，并且向以确定钻探靶区为目
的的油气勘查目标模拟发展。
资源信息系统China University of Geosciences
到目前为止，国际上已经开发应用的的盆地模
拟软件有近百个，其中比较有名的有德国有利希
公司、法国石油研究院、美国南卡大学和英国 Bp
石油公司研制的二维盆地模拟系统。
石油地质领域内另一种较为成功的过程模拟，
是旨在定量地描述油气藏特征及其变化的三维油
藏模拟。由于该项模拟是建立在密集的钻孔资料
和现今地下水动力学基础之上的，理论基础和技
术方法都较为成熟，在油气资源勘探开发过程中
发挥了重要作用。
资源信息系统China University of Geosciences
在地学各个领域，各种地质作用计算机模拟的研究
也在蓬勃地开展着，大至板块相互作用、造山运动、
造盆运动、古气候演化和古生物演化的模拟，小至
岩层褶皱作用、断裂作用、成矿作用、地质灾害的
酝酿、水库和渠道的渗漏和淤填、坝基和边坡的稳
定性等的模拟，都取得了显著进展。
动画和多媒体技术的采用，使地质过程数学模拟有
了良好的声象表现形式。 1989 年美国能源部曾利
用 Cray -1 巨型机，完成了几百秒钟的火山喷发过程
模拟，十分逼真、生动，使人如同亲临其境，从而
深化了人们的科学认识。
资源信息系统China University of Geosciences
我国这方面的工作刚起步不久，但在地下水
资源、盆地模拟、地球化学动力学模拟、地
下热流体动力学模拟和海底喷流成矿模拟等
方面，已取得初步成果。
中国地质大学 (武汉 ) 的成矿动力学模拟系
统 (於崇文等,1996)、沿海地区的地下海水
入侵模拟系统 (陈宗希,1996) 以及北京石油
规划设计院和海洋石油研究中心所分别开发
的大型二维盆地模拟系统 (石广仁,1994;王伟
元等,1995)，具有较高的水平和实用性。
资源信息系统China University of Geosciences
鉴于地质体与资源形成演化过程的复杂性，
地质过程计算机模拟的发展方向是：
加强研究对象的实际地质过程分析，提高概念模型
的相似性；
注重地质作用过程各影响因素的相互作用分析，尤
其注意揭示其中的反馈控制关系；
考虑实际地质过程的非线性特征和地 质体的分形特
征，开展非线性动力学和分形模拟研究；
与数据库及 GIS密切结合，充分利用资源勘查中所
获取的庞大空间和属性信息；
与人工智能模拟相结合，吸取专家的知识与经验，
体现勘查人员的分析思路与方法；
与三维动态图示技术结合，将动力学模拟与非动力
学模拟结合起来，向整体的三维化、动态化发展。
资源信息系统China University of Geosciences
最近，中国地质大学 (武汉 )与中国海洋
石油总公司联合开发的, 油气成藏动力学
模拟评价系统,,
将动力学模拟与非动力学模拟结合起来，以非动力学
模拟再造油气生排运聚散过程的三维物质空间；
将经典动力学模拟与系统动力学模拟结合起来，以系
统动力学模拟反映子系统之间的反馈控制关系和整体
的非线性过程；
将数值模拟与人工智能模拟结合起来，人工智能模拟
体现地质学家的思想、方法、知识与经验，解决局部
过程的非线性问题，
并且采用各种镶嵌、套合技术和图示技术，初步实现
了油气成藏动力学过程的三维动态和可视化模拟。
资源信息系统China University of Geosciences
人工智能技术包括专家系统 (ES,Expert System)
与人工神经网络系统 (ANNS,Artificial Nerve
Network System) 两种类型。
资源的预测评价的专家系统，是一种计算机程序，
它由“知识库”和“推理机”两部分组成。
在知识库内凝聚有相当数量的权威性知识，并能根
据用户提供的信息，运用所存储的专家知识，通过推
理机以专家水平或接近专家的水平来解决特定领域中
的实际问题。
四、人工智能技术在资源预测
与勘查评价中的应用
资源信息系统China University of Geosciences
由于学科本身的特点，地质学一直是
专家系统应用研究的活跃领域。
地质学的很多问题如大陆漂移、岩石的破裂、矿床的
形成等等，都不是单纯的数学推理能够解决的，定性
分析一直是认识地质作用、预测评价资源的主要方式。
地质学又是个实践性很强的科学，到自然界去调查研
究、在实践的基础上进行分析、对比、归纳、分类，
将今论古，根据事物的已知规律去推断未知，是地质
学的最基本的研究方法。
许多复杂地质问题的解释和处理，在很大程度上依赖
于专家的知识和经验。
资源信息系统China University of Geosciences
专家系统是人工智能技术研究
发展到一定阶段的产物，是使人工智
能由研究走向实用的最令人信服的技
术，可以充分发挥专家作用，使得一
般地质人员能象专家那样工作，从而
提高找矿和勘探效果。
资源信息系统China University of Geosciences
世界上第一个地学领域的专家系统 (prospector)，
是 1974-1983年期间由斯坦福国际研究所与美国
地调所协作开发与完善的，用于固体矿产资源评
价。
应用该系统对华盛顿州的一个老钼矿进行研究，
发现了新的矿体，增加了储量。
美国地调所 长期坚持这方面的探索，不断为其
补充矿床模型，到 1987年,prospector— Ⅱ 的知
识库中的矿床模型已由 22个扩展到 88个，预测评
价的准确性得到进一步提高。
资源信息系统China University of Geosciences
此后，英、法、加、澳、日、原苏联等国都先
后开展了这方面的研究。
与其他方面的计算机应用一样，专家系统的开
发首先在石油勘探和资源评价方面取得了进展，
涌现出一批有实用价值的软件系统，例如
DIPMETER ADVISER,DRILING ADVISER、
ELAS,Geologic和 Fonix等等，在生产实践中产
生了效益。
其功能主要是进行地质分析、油层分析、钻井
资料解释、钻探过程控制等等。
资源信息系统China University of Geosciences
USGS 正在加紧研究开发盆地分析专家系统、
解释化探异常的专家系统、遥感图象解释专家
系统等。
美国水和环境高级决策中心开发的水井设计
专家系统，解决了该单位专家不足的困难，提
高工作效率二十倍左右。
目前国外还出现了一些新型复合式专家系统，
它把数据分析处理和资源预测评价比较复杂的
问题，分解成若干专家子系统，然后让各子系
统的结论作为更高层次专家系统的输入，以完
成某些单一系统所不能胜任的工作。
资源信息系统China University of Geosciences
国内地学领域专家系统的研究是从八十年代初
期开始的，先后涌现出物探资料推断解释、油气
资源评价、古沉积环境分析、金属矿产评价、地
震资料解释、水资源寻找等专家系统。
在早期的成果中，较为著名的有胜利油田的石
油测井解释专家系统、海洋石油勘探开发研究中
心的油气资源评价专家系统 (王伟元等,1993)，
吉林大学的 AMRB4航空物探专家系统和浙江大
学的钨矿预测评价专家系统，等等。
资源信息系统China University of Geosciences
从 89年开始，在国家“八六三”高技术研究的推动
下，地矿部科技司组织了题为,矿产资源、地质环境专
家系统”的研究。经过 5年的攻关，取得了一系列重要成
果。
中国地质大学 (武汉 )的大比例尺矿床统计预测专家系统
(MILASP)和长春地质学院的金矿综合信息预测专家系统，
便是其中的代表。
MILASP系统根据地质异常理论 (赵鹏大等,1995)和矿
床统计预测理论、方法设计。它集多源信息输入、数据处
理、图形、图象处理、表格处理和专家系统功能于一体，
用于大、中比例尺矿床统计预测研 究。
该系统已经在川陕交界地区的多金属矿床预测中，取得
了实际效益。
资源信息系统China University of Geosciences
从国内外情况看，绝大多数专家系统在地学
领域的应用仍处在试验研究阶段,仅在问题明确、
范围较窄、专家知识比较成熟的领域走向了实用。
目前，专家系统有两个明显的发展趋势：
其一是与数据库,GIS 及图示技术相结合，尽量避免
仅依靠少量数据进行简单逻辑推理、判断，通过大量
占有资料、分析资料和综合资料来提高解释、推断能
力。
其二是采用人工神经网络技术 (ANN,Artificial
Neural Network)，研制新型的专家系统 —— 神经网
络专家系统。
资源信息系统China University of Geosciences
人工神经网络 (ANN) 仿照人脑的结构和机理，
由大量的简单元件 (神经元 )按一定的模式和规则
(算法 )广泛相互连接而成，是一个复杂的大系统。
在信息处理过程中，可以模拟人脑按神经元之间
的连接强度，对信息作放大或缩小处理，因而能够
模仿人的神经活动，进行信息传输和从研究实例中
自动获取知识。
其神经元之间的连接强度系数，通常由 ANN的学
习规则 (算法 ) 决定。目前已经有近 40种在神经元
特征、互连模式和学习规则等方面存在差异的 ANN
模型，其中比较适合于资源预测评价的常用模型是
BP,SOM,ART和 CPN等。
资源信息系统China University of Geosciences
这些 ANN 的都具有的强大的知识学习、联想、
自组织和自适应能力；同时由于采用大规模、并
行分布式存储与处理机制，使知识的获取、存储
与推理一体化，克服了专家系统存在的知识获取
难、学习能力差和知识库管理难等缺点。
ANN 的理论和技术在 80年代中期才初步完成，但
因为在解决诸如判别分类、模式识别、预测评价、
组合优化决策、图象识别等类问题上表现出卓越
能力和在非线性复杂问题的分析和判断方面具有
明显优势，使得经济发达的西方国家地学界从 80
年代末开始，就掀起了 ANN应用研究的热潮。
资源信息系统China University of Geosciences
利用 ANN 进行资源预测评价,不要求有假设条
件，也不要求事先搞清楚控矿条件和找矿标志
与资源体及资源量之间的定量关系，而只要求
提供足够的学习样本 (实例 )。
ANN通过学习，自己会找出标志和条件与资源
之间的定量关系 (且通常是非线性的 )，并且以
隐含方式存贮于网络权阵中。
经训练后的 ANN可用于资源远景区的识别和资
源量预测，但目前这方面的报道还很少。
资源信息系统China University of Geosciences
Morgan(1990)曾利用 BP网络对美国怀俄明州香
农盆地的油气资源作了预测评价试验，所得的结
果与实际情况相符合。
克拉里西等 (1995)也曾利用 BP模型来进行矿床
的可采储量计算试验，结果与采用普通克立格法
和条件模拟法可以对比，并且估算精度随着训练
次数的增加而提高。
ANN 还可以用于解决复杂的组合优化和多目标
决策问题，例如，资源勘查、开发和管理中的勘
查技术方法和手段的组合优化决策问题、最优勘
探方案的选择、资源配置与合理利用问题、勘查
投资结构的优化及投资风险的评估决策等。
资源信息系统China University of Geosciences
ANN 尽管有许多优点，但也有明显的局限性,
对所有的知识处理都归结为数值运算，可能损害或
歪曲知识的内涵，导致得出错误结论；
对知识的表达、存储和推理 (计算 )都是隐式的，用
户无法了解它的推理过程和推理依据；
系统性能在很大程度上依赖于学习样本的数量和质
量，样本的代表性太差，将导致系统性能恶化。
为了弥补 ANN的不足，有些研究者考虑把 ANN与
ES结合起来，实现符号处理与数值处理的一体化。
这样的人工智能系统在知识的提取、存储、推理
和解释等方面，就更加接近人脑了。
资源信息系统China University of Geosciences
中国地质大学 (武汉 ) 资源信息系统研究
所与海洋石油勘探开发研究中心联合开发
的, 油气运聚人工智能模拟评价系统,,
就是采用了这种方式。
该系统作为, 油气成藏动力学模拟评
价系统, 的子系统，可以实现从油气输
导体系评价、圈闭评价到油气运移主通道
和聚集主圈闭追踪的三维动态模拟。
资源信息系统China University of Geosciences
另有一些研究者则将不同类型的 ANN模型按不
同方式组合起来，构成一个综合的 ANN系统 (称
为, 微脑, )，也可以大大提高 ANN的性能。
还有些研究者把模糊数学、数理统计、拓扑
几何等方法结合到 ANN的学习规则中来，使 ANN
具有求解不确定性、模糊性和随机性问题的能
力，有助于解决地球科学和资源勘查领域中大
量存在的这类问题。
资源信息系统China University of Geosciences
The end
Thanks
