基于可拓理论的矿产资源发展路径研究

闫军印,刘笑月

1.河北地质大学 自然资源资产资本研究中心,河北 石家庄 050031; 2.河北地质大学 研究生学院,河北 石家庄 050031

0 引言

关于矿产资源的发展问题,学术界主要从三个方面开展了相关研究与考量。一是从基础层面,侧重从区域矿产资源的范围扩大、数量增长、质量提高、功能升级、外部引进、潜力挖掘等方面开展研究,注重从矿产资源的基础规模和品质角度探索矿产资源的发展路径;二是从产业层面,侧重从矿产资源勘查、开发、生产、加工、利用、分配、流通、消费等产业运行各个环节的效果与水平方面来考察矿产资源发展状况,注重从矿产资源的资源基础状况、价值构成特征、开发利用绩效等方面研究资源的发展路径;三是从系统层面,侧重从区域社会经济系统动态发展过程中矿产资源的勘查开发、加工利用、循环经济、结构调整等方面进行探索,注重从矿产资源系统与社会经济系统的交互耦合作用和双向动态协同等方面构建资源的发展路径。然而,无论是哪个层面的研究,矿产资源的基础条件都是最根本的决定性因素,一定区域内矿产资源的基础条件和保障能力,直接决定着地区资源产业及社会经济系统的运行质量和水平。

如何有效提升地区矿产资源的规模、质量和水平,可拓学的理论与方法提供了一种新的研究思路与途径。杨益民(1997)从经典集合、模糊集合和可拓集合之间的关系出发,研究了可拓集的可拓域和稳定域如何用原变换来表达,并导出可拓集之并、交的可拓域和稳定域的不同性质[1];杨春燕、蔡文(2000)基于客观事物的可拓性思想,运用经典几何与模糊几何基础上发展起来的可拓集合理论,就资源的可拓性、可控资源与可拓资源、内部可拓资源与外部可拓资源等问题开展了研究[2];杨春燕、吴福芝(2001)利用可拓集合建立了可拓资源的形式化定义,同时分析了可拓资源的类型和资源的开拓方法[3];杨春燕、张拥军、蔡文(2002)在引入扩展的可拓集合概念基础上,进一步从物元可拓集合、关联函数与距、可拓不等式等方面开展了可拓集合理论与方法方面的深入研究,并探讨了可拓集合在人工智能、市场、资源、检测和控制等领域的应用[4];姜永波、刘洪伟(2002)利用约束理论、消错理论和可拓理论有效地识别企业的约束资源,并指出企业只有通过可拓的方式把企业非可控资源转化为可控资源,才能在激烈的竞争中站稳脚跟和不断发展[5];何冀婷(2009)利用可拓集合与关联函数的相关理论,结合企业的运行和发展,为企业从多方面寻找自身优势,提高竞争力,提供了更有效的方法和途径[6];徐建中、付静雯(2018)识别了市场、社会、技术服务和智力4种可拓资源,研究这些可拓资源在环境质量和企业活力的不同条件组合下对企业服务创新影响的显著性差异,采用因子分析、聚类分析和回归分析对303家高技术制造企业进行实证分析,得出了这四个方面的可拓资源对企业服务创新均有不同程度的正向影响[7]。文章拟基于可拓理论与矿产资源的可拓性特征,从要素变换、关联准则变换和论域变换等不同视角,探索区域矿产资源拓展的方向和路径,为促进地区矿产资源高质量发展提供现实指导。

1 可拓理论与矿产资源的可拓展性

1.1 可拓学与可拓集合

可拓学是以矛盾问题为研究对象,以矛盾问题的智能化处理为主要研究内容,探究事物可拓性及其开拓规律与方法的一门新兴学科,用(-∞,+∞)中的数表示事物具有某种性质的程度,用可拓域描述事物“是”与“非”的相互转化,零界或拓界描述了质变点,超过它们事物就产生质变。建立在经典集合和模糊集合基础上的可拓集合论是可拓学的理论支柱之一,可拓集合的提出,可以把人们解决矛盾的过程定量化、形式化,用它来描述事物的可变性,为处理矛盾提供了新的数学工具。

设U为某一地区的资源论域,u∈U表示该地区的某种资源,y=k(u)为U到实域I的映射,T=(TU,Tk,Tu)为给定的变换,关于变换T的可拓集合为(T),则当T=e时,该地区的可控资源为A={(u,y)|u∈U,y=k(u)≥0};不可控资源为¯A={(u,y)|u∈U,y=k(u)≤0},当T≠e时,地区的可拓资源为A+(T)={(u,y,y’)|u∈TU,y=k(u)≤0,y’=Tkk(Tuu)≥0},将地区不可控资源变为可控资源的关键是选择变换T,使y’=Tkk(Tuu)≥0。

1.2 矿产资源的可拓性

资源的可拓性源于地区资源的有限性和约束性。矿产资源是经过地质成矿作用形成的,天然赋存于地壳内部或地表、埋藏于地下或出露于地表,呈固态、液态或气态的,并具有开发利用价值的矿物或有用元素的集合体。矿产资源的形成过程决定了在人类生存和发展的有限时间范围内,其天然的不可再生性和耗竭性特征,具有典型的有限性和稀缺性;矿产资源空间分布上的差异性特征,决定了矿产资源不仅存在总体上的有限性和约束性,而且还表现为不同地区地理空间上的约束性。因此,研究矿产资源的可拓展性问题,更具有重要的现实意义。

一个地区的产业构成内生地决定于该地区的要素禀赋结构,地区矿产资源的种类、规模、质量、分布、开发利用条件、配套协调程度等等,是本地区要素禀赋结构的重要组成部分,对地区经济社会发展具有重要的保障和支撑作用。一个地区当前探明的矿产资源总量,构成了该地区经济社会发展的资源基础,这些矿产资源形成了本地区现实的可控资源。随着地区经济社会发展的规模和速度不断增长,仅仅依靠实际可支配的可控资源已不能有效满足地区经济社会发展对矿产资源的现实需求,这就需要地区从完全依赖可控资源开拓到充分利用其它的非可控资源。所谓的可拓资源就是指对地区现实发展目标所需要的资源而言,某些虽然不是本地区的可控资源,但可以经过一定的变换,转化为本地区可以利用的资源,以解决地区经济社会发展的资源短缺矛盾[8]。资源、可控资源与可拓资源的关系如图1所示。

图1 资源、可控资源与可拓资源的关系Fig.1 The relationship of resource, controlled resource and extension resource

物元为可拓学的逻辑细胞,表示为:R=(N,c,v),N为事物的名称,c为特征,v为量值,如R=(矿产资源,技术要求,边界品位);假如描述一个事物可以用多个不同的特征,那么相应就会有多个不同的量值;对于矿产资源而言,其描述特征包括空间分布、技术要求、经济要求等,相应的量值就可以表示为区域范围、边界品位、最低工业品位等。所谓可拓资源,就是通过物元变换对物元中的不同要素进行相应的变化从而得到新的物元,通过物元变换把不同的物元联系起来形成一个交织在一起的物元网络。需要说明的是,此处所指的资源包括多种类型,根据共轭分析方法,资源可分为实资源、虚资源、软资源、硬资源、潜资源、显资源、负资源和正资源,一个地区的经济社会发展必须要认真考虑各种资源,通过对不同类型资源的深入挖掘和开发利用,以实现地区经济社会发展的战略目标。

2 矿产资源拓展的主要类型

2.1 基于要素变换的矿产资源功能拓展

对于矿产资源而言,基于要素变换的拓展,就是通过对构成矿产资源物元中元素u的变换,实现资源的拓展。即当TU=e,Tk=e时,称A+(Tu)={(u,y,y’)|u∈U,y=k(u)≤0,y’=k(Tuu)≥0}为关于元素u变换的可拓资源。

基于要素变换的矿产资源拓展,主要是针对区域内现有可控资源潜力的深入挖掘,重点在于对区域内可控资源功能属性的开发与拓展,侧重于对矿产资源对应的软资源、虚资源、潜资源等功能领域的深度挖掘与开发。具体表现为:一是对现有已知资源新功能属性的开发利用。如从传统的石墨资源到石墨烯的转换与变身,原有石墨的功能属性得到转换与提升,使得石墨烯具备优异的光学、电学、力学特征,在材料学、微纳加工、能源、生物医药和药物传递等方面具有重要的应用前景。二是发现具有新型功能属性的资源。如从20世纪70年代储存太阳能的芒硝资源,到大量使用的锌、铅、镍电池储能,从现代生活中不可或缺的锂电池,到新一代氢能源汽车AB5型混合稀土合金储氢材料等等。三是可替代性功能资源的推广应用。即用具有相同或相近功能属性、更加广泛、更易获取、更加廉价的资源来替代原来的资源,实现资源功能属性应用领域和范围的拓展。四是对资源附加及伴生功能和属性的开发与挖掘。包括对矿产资源资产、资本属性和功能的深度挖掘和利用,对矿产资源所伴生的有关矿权的经营与使用等等。

2.2 基于关联准则变换的矿产资源范围拓展

某一区域一定时期内可控矿产资源的规模和水平,同区域内与矿产资源紧密相关的诸如知识、技术、经济、政策、制度等方面的关联准则紧密相关,当地区矿产资源的关联准则发生变化,或重新定义了关联准则,就可以使地区矿产资源的可控规模和范围发生变化,从而实现地区矿产资源的有效拓展。即当TU=e,Tu=e时,TUU-U,Tuu=u,称A+(Tk)={(u,y,y’)|u∈U,y=k(u)≤0,y’=Tk(u)≥0}为关于关联准则变换的可拓资源。区域矿产资源关联准则变化的内容和方式很多,归纳起来主要包括两个方面。其一是客观条件的变化,诸如成矿理论的知识更新、开发利用的技术进步、经济发展的水平提升等等;其二是观念认识的提升,诸如矿产资源开发利用战略的调整、矿产资源新政策的出台、相关资源制度体系的改进等等。

基于关联准则变换的区域矿产资源拓展,主要针对区域内可控矿产资源范围与规模的拓展及提升,重点在于充分发挥来自于主客观关联准则因素的变化和调整,侧重于区域内矿产资源硬资源、实资源等的增长与减耗。具体表现为:一是理论与方法更新主导下的找矿突破。表现为地质理论、成矿理论、找矿方法与技术手段的持续更新、发展、推广和应用,从而使区域矿产资源勘查工作出现新的和持续的突破,实现地区探明矿产资源储量达到较快速度的增长。二是技术进步主导下非资源的资源化。表现为由于开采技术、选矿工艺、利用过程等相关环节技术工艺水平的提升,使得原来的低品位采矿围岩、难采难选矿石、低回收率资源等得到充分开发和利用。三是循环经济模式主导下“三废”资源的重新利用。表现在围绕矿产资源产业链各个阶段和环节,通过有效提高矿产资源的采选回收率、强化矿产资源的加工深度、促进矿产资源的循环利用、提升矿产资源的综合利用水平、降低单位产品的资源消耗等等途径,对采矿废石、选矿尾矿、冶炼废渣、废弃物资等实现重新资源化和循环利用。

2.3 基于论域变换的矿产资源空间拓展

通过论域转换打破区域空间范围,客观上存在着不同层次和范围的空间区域,如从陆地到海洋、从省内到省外、从国内到国外、从地球到月球等等。对于一国区域范围而言,其矿产资源地理空间范围的拓展重点是指有效拓展国外资源,实施“两种资源,两个市场”的资源拓展战略,这一战略的运行又可以区分为不同的方式和途径。具体表现为:一是在利用方式上,实行贸易与勘查、开发并举。利用国外矿产资源通常有3种途径,其一是单纯的贸易进口(市场购买),其二是掌握采矿权或买断矿山股权,其三是从风险勘探做起,找到矿后再自主进行开发。二是在地区选择上,既考虑国外,又要考虑国内,主要矿种要重点立足国内,确保资源的保障程度和资源安全。在国外方面,以矿产资源丰富的发展中国家,特别是周边、拉美和非洲国家为重点,兼顾矿产资源丰富的发达国家。三是坚持以市场为导向,以企业为投资主体,实行多元化发展。政府通过政策支持和宏观管理,增强企业的国际竞争能力,引导企业“走出去”,开发利用国外矿产资源。在实际运作上,要与国际惯例接轨,坚持以市场为导向,以经济效益为中心。

3 实现矿产资源有效拓展的保障措施

以物元分析为基础的可拓学理论与方法,为我们有效拓展区域矿产资源的规模、范围和功能提供了全新的理念、方法与思路,可以有效地促进地区矿产资源发展的速度、质量和水平。纵观可拓学视野下资源拓展的方法和类型,其核心思想就是创新,通过观念创新、视野创新、技术创新和制度创新等等,打破传统束缚,开拓新的渠道,为区域经济社会高质量发展奠定坚实的资源基础。因此,需要做好以下几个方面的工作。

第一,从战略规划角度做好系统谋划。站在区域战略规划的高度,科学研判和系统谋划地区矿产资源发展的目标、方向和路径。一是要定位好地区未来一定时期经济社会发展的目标和任务,依据发展的目标和任务,科学分析和预测地区规划期内矿产资源消费需求的规模、速度、结构和功能要求。二是要科学研判当前地区矿产资源的基础条件和保障程度,摸清现有资源状况和发展潜力,明确资源拓展的努力方向和领域。三是要做好差异性的资源拓展和发展路径选择,根据资源需求和需要拓展的不同特征和要求,合理谋划资源功能拓展、资源范围拓展和资源空间拓展的差异性方式、方法途径和步骤。

第二,从开发利用角度加快技术进步。技术进步是增加地区矿产资源存量和降低资源消耗速度的有效途径和手段,紧紧围绕矿产资源勘查→矿产资源采选→矿产资源加工→矿产资源利用的矿产资源全产业链系统各个子系统和实践环节开展技术创新和技术进步。一是要通过地质理论、成矿理论、勘查方法、找矿技术的创新和突破,实现地区重点成矿区域与成矿带、现有矿区外围与深部地质找矿新突破。二是要通过相关基础研究和应用研究与试验,实现新类型矿产资源勘查、矿产资源新功能属性开发利用的技术突破。三是要通过技术创新和技术进步,实现采矿回采率、选矿回收率、矿产品成材率、共伴生组分综合利用率等的全面提升,有效提高资源的开发利用效率。四是要通过开源化、减量化、再利用、再循环、再恢复的矿产资源产业链循环经济“5R”原则的相关技术体系构建,实现地区矿产资源的充分利用。

第三,从全球视野角度促进对外开放。在世界经济一体化的时代大背景下,充分发挥“一带一路”倡议实施的有利时机,加快构建“两种资源、两个市场”的矿产资源安全和保障体系,积极有效地融入全球经济大循环,逐步健全全球性矿产资源供应和保障体系。一是要建立多元化全球矿产品贸易体系。包括建立多元化互利友好型矿产品国际贸易伙伴关系,实现矿产品贸易的持续稳定;建立国际矿产品贸易运输和相关物流网络体系,持续提升海外矿产品运输渠道的安全保障和成本控制能力;建立更加完善的矿产品期货交易和资源储备体系,不断提高有效掌控和对冲国际矿产品价格大幅波动的韧性及水平。二是要建立多元化全球矿产资源开发利用投资体系。包括通过投资参股、控股及收购等形式,参与矿业公司的经营决策与资源配置;通过合伙制投资合作方式,直接取得占比矿产品的支配权;通过采矿权投资,建设独立矿产企业,获取源头性矿产品保障与供给;三是要建立海外矿产资源勘查开发风险基金。包括支持有实力的企业走出去,开展国外矿产资源风险勘查、开发和利用;强化海外矿产资源勘查开发风险基金的运作与管理,科学规划勘查开发风险基金的使用、风险审核与核销;确定勘查开发风险基金参与收益分配的方式和途径,实现基金的保值和增值。

第四,从运行机制角度构建制度体系。好的思路、好的规划、好的路径、好的办法必须有好的运行机制作保障,因而需要紧紧围绕地区矿产资源有效拓展和持续提升的要求,建立不同层次和方面的制度体系。一是要建立长远的资源发展战略规划制度体系。以地区经济社会高质量发展为目标,有效构建矿产资源需求分析预测、地区矿产资源保障能力评估、地区矿产资源潜力评价、地区矿产资源安全及风险预警、地区矿产资源勘查开发规划等方面的制度体系。二是要建立持续的技术创新和技术进步制度体系。紧密结合矿产资源勘查、采选、加工和利用各个子系统和不同环节,构建利于促进地区观念创新、意识创新、理论创新、产品创新、方法创新、技术创新、工艺创新等在内的创新制度体系。三是要建立更加灵活宽松的对外开放制度体系。以地区矿产资源的有效空间拓展为导向,构建强化资源外部获取的矿产品进出口税收政策、对外资源勘查政策、对外资源开发利用投资政策、对外矿产资源发展基金政策等制度体系,不断提升地区外部资源获取的能力和水平。