大数据正在引发地球科学领域一场深刻的革命——《地质科学》2017年大数据专题代序

本文针对目前国内大数据研究的现状,着重分析了在地球科学领域大数据研究落后的原因,指出大数据正在引发地球科学领域一场深刻的革命,大数据的关键不在于数据的大,而且在于思维的新;从数据出发,让数据说话,依靠人工智能方法,让机器学习、深度学习、可视分析等大数据技术逐步成为必需。利用大数据方法研究玄武岩构造环境判别图以及中新世岩浆事件的意义所取得的成果即是极佳的研究范例。文中指出,面向未来,大数据对于地球科学界来说,决不是可有可无的,它将创造奇迹。大数据作为第四科学范式的研究领域十分宽广,它将改变地球科学家的思维方式,从逻辑思维方式转变为由数据驱动的关联思维方式,文中呼吁科学界对大数据给予更多的关注和支持。     

全球新生代安山岩构造环境有关问题探讨

20世纪70～80年代,以Pearce为代表的一批科学家先后提出了玄武岩和花岗岩的构造环境判别图,将构造环境与岩石地球化学特征有机地结合起来,为岩浆岩大地构造环境研究开辟了新途径。但学术界对全球广布的安山岩构造环境及相关地球化学特征问题的讨论则相对不足。本文利用GEOROC 和PetDB 两个数据库对全球新生代安山岩进行数据挖掘,讨论了它们的地球化学特征及形成环境。初步将全球新生代安山岩归属为12个形成构造环境,其中67.71%产出于岛弧、陆缘弧等汇聚板块边缘环境,其余安山岩则形成于大陆板内、大陆溢流、洋岛、大陆裂谷、洋中脊等构造环境。研究表明,常用的玄武岩微量元素判别图以及LILE/HFSE 玄武岩判别图均在一定程度上可用于安山岩成因及环境判别, 暗示安山岩地球化学成分也可用于构造环境的判定。采用大数据思维,探索洋岛安山岩（OIA）和岛弧安山岩（IAA）中地球化学元素的关联关系,从获得的近20 000 个OIA-IAA 判别图中选出lg（Cs/Ta）-lg（Cu/Ta）、lg（CaO/Nb）-lg（Cs/Zr）和lg（Cu/Ta）-lg（Co/Nb）等6个图解,能有效限定它们的构造环境,为安山岩成因及形成环境研究提供了新的思路。这些初步成果说明科学大数据的研究方法可成为岩浆岩构造环境及地球化学研究中的重要有效手段。     

中新世的巨型欧亚高原:埃达克岩的证据

大数据研究表明,全球新生代埃达克岩主要出现在中新世时期,主要是C型的,与地壳加厚有关。根据中新世埃达克岩在欧亚大陆上的分布,可以识别出一个从青藏高原经巴基斯坦、伊朗、土耳其、小高加索、希腊、马其顿、塞尔维亚、匈牙利直至波兰的中新世的埃达克岩带。许多学者认为,该带的埃达克岩指示该区存在地壳加厚事件,该区从地貌上属于高原。该区由于情况复杂,资料缺乏,资料的精细程度也不尽相同,因此,对高原的描述不可能很清楚。我们大体知道,在始新世时期,印度-非洲板块与欧亚板块发生碰撞,部分地区在始新世-古新世即出现埃达克岩,至渐新世晚期-中新世,埃达克岩广泛出露,暗示板块强烈碰撞作用主要出现在中新世。巨型的欧亚高原可能从渐新世晚期-中新世早期开始形成,一直持续到现在,现在的喀尔巴阡、土耳其、伊朗、巴基斯坦、阿富汗、西藏、青海、蒙古以及四川和云南的西北部,仍然属于高原的范围。     

天山石炭纪火山岩系中含有富Nb岛弧玄武岩吗?

中国西北部天山石炭纪—早二叠世裂谷火山作用代表了一个新近被认可的大火成岩省。有人认为,在天山石炭纪火山岩系中发育有富Nb岛弧玄武岩、埃达克岩和高镁安山岩组合。然而,该岩石组合具有与典型富Nb岛弧玄武岩、埃达克岩和高镁安山岩不同的化学和同位素特点,表明其并非是岛弧岩石组合。这一推断的岛弧岩石组合实际上是大陆板内火山岩组合,由未遭受地壳混染、受到地壳轻微混染和遭受地壳强烈混染的大陆火山岩组成。     

埃达克岩来自高压背景——一个科学的、可靠的、有预见性的科学发现

国内对埃达克岩的成因及其含义认识不同,已经争论20年了。虽然不同见解争论激烈,但是,笔者经过20年不懈的研究指出:埃达克岩的确与高压背景有关并可上升为理论了。虽然关于埃达克岩的形成和演化还有许多问题并不清楚,虽然埃达克岩仍存在激烈的争论,但是,这些并不能阻止埃达克理论的逐渐形成和完善。"埃达克岩形成于高压背景"已经可以被证明是一个近似正确的理论。笔者强调指出,埃达克岩的高锶低钇特点不能用常规的地球化学方法解释,只能用残留相理论解释,说明埃达克岩与榴辉岩(是榴辉岩,不是石榴石)处于平衡。埃达克理论之所以能够称为理论,一个重要的原因是它具有科学的预见性,本文提出埃达克理论的三个预言是:(1)埃达克岩不与南岭型花岗岩共生;(2) C型埃达克岩形成于高原和山脉;(3)埃达克岩与金铜成矿作用有关。笔者欢迎全球科学家对上述三个预言进行检验。文中还重新提出了"中国东部高原"问题,指出国内外已经消失的高原和山脉肯定不少。但如何恢复它们、识别它们?国外没有现成的实例、方法和思路。而"中国东部高原"的提出是有一定的依据的,是值得我们去深入研究的,这可能会开辟一个新的研究方向。本文还建议根据埃达克理论部署区域性和战略性找矿工作,开展全球、全国的中酸性岩大普查,重点查明埃达克岩和南岭型花岗岩的时代和分布,划分地壳加厚和地壳减薄的区域,在埃达克岩发育区部署金铜找矿工作,在南岭型花岗岩发育区开展钨锡找矿工作。     

基于大数据方法建立大洋安山岩构造环境判别图

岩浆岩的地球化学元素往往对其构造环境具有一定的指示作用,前人使用构造环境判别图描述二者之间的关联关系。然而,安山岩因其岩石成因的复杂性和构造环境的"单调性",在判别图研究领域并未受到重视。收集了GEOROC和PetDB两个数据库中的全球新生代洋中脊安山岩(MORA)、洋岛安山岩(OIA)和岛弧安山岩(IAA)。使用43个元素组成的924个比值建立超过42万个直角坐标系,将三类安山岩数据投入坐标系中,并通过MATLAB计算三者之间的交叠率筛选出4个最佳判别图:lg(Ga/Cs)-lg(Ba/Nb)、lg(TFeO/Ga)-lg(Eu/Pb)、lg(K2O/Nb)-lg(Ga/Cs)和lg(MnO/Pb)-lg(Cs/Nb)。利用核密度曲线对比图分析判别图中的元素及元素比值,结果表明:①LILE(大离子亲石元素)与HFSE(高场强元素)的比值关系能有效区分MORA和IAA;②LILE与其他元素的比值关系则更有利于从三者中识别出OIA;③LILE在一定程度上比HFSE更易于判别大洋安山岩的构造环境。研究表明,安山岩可以成为一种使用范围更广泛的构造环境指示剂,其判别效果甚至优于玄武岩判别图。这也进一步说明,安山岩的成因虽然比玄武岩复杂,但是大数据方法是提取出具有构造环境指示意义的相关关系的有效途径。     

大数据助地质腾飞:岩石学报2018第11期大数据专题“序”

文中提出,大数据有广义与狭义之分:狭义的大数据以4V特点为标志,而符合大数据三个技术取向的、采用全数据模式的、从数据出发的研究是广义的大数据研究。大数据为什么应运而生?是因为科学发展遇到了瓶颈,遇到了难以解决的问题,大数据不仅开辟了科学研究的新方法,新思路,还引发了对科学哲学的反思。文中强调从理论驱动模式到数据驱动模式的转变,是研究方法和研究思路一个巨大的转变,这种转变开辟了新的科学创新之路。文中指出,在大数据时代,凡是能够用数据化表述的学科才称之为科学,而不能用数据化表述的学科就不是科学,能否被数据化是科学与非科学的分水岭。文中讨论了矿床学研究的目的,认为矿床学研究应当专注于查明矿床形成的规律,指导矿床的找矿,提高经济价值。提出在矿床学研究中应当加强对相关关系的研究。一个矿床的成因大家究竟是如何关注的,与成矿有关的因素很多,成矿究竟与哪些因素有关,在许多情况下可能就是一个相关关系的命题,而大数据研究的就是相关关系。因此,大数据与矿床学研究的思路是天然相通的。     

碱性岩及碱性与亚碱性岩系列的界线——基于全球火山岩数据的探讨

国际地球科学联合会规定,碱性岩必须要有实际碱性矿物和/或似长石出现作为标志,但同时又同意TAS图中B区的玄武岩可以细分为碱性玄武岩和亚碱性玄武岩,取决于它们是否有标准矿物霞石出现。有标准矿物霞石出现的玄武岩归入碱性玄武岩,夏威夷岩有霞石标准矿物出现,是碱性玄武岩。碱性玄武岩和夏威夷岩分别出现在TAS图上的两个区(碱性玄武岩在B区,夏威夷岩在S1区),这是否存在概念上的混乱?早先学术界关于碱性和碱性岩的定义并不完美,由许多学者厘定的碱性-亚碱性的界线区分的不是拉斑与碱性系列,而是正常系列与粗玄岩系列。采用全球火山岩数据考察TAS图及碱性-亚碱性界线,发现碱性与碱性岩在术语的解释上存在瑕疵并提出解决的方案。     

太古宙TTG 能否与埃达克岩对比？——全球数据给出的结果

文中收集了全球太古宙TTG 和后太古宙埃达克岩的数据,研究对比表明,太古宙TTG 不同于埃达克岩,早先学术界认为太古宙TTG 相当于现代的埃达克岩,是一个错误的见解,是一个伪命题。TTG 术语最早出现时并没有类似于埃达克岩的见解,后来发现了埃达克岩才引出二者类似的认识。为什么会出现这种见解？推测有两种可能：1）早先的研究均来自抽样的研究,即从典型到一般的推理方法。但是,抽样研究可能没有代表性。2）TTG平均值的误导,TTG 的Sr的平均值的确＞400×10^-6,相当于埃达克岩,但是,通过分析TTG 全球数据表明,TTG 中的Sr含量变化很大,与埃达克岩没有关系。TTG 主要出现在太古宙,后太古宙很少;TTG 是太古宙岩石地壳的主体;而埃达克岩主要出现在后太古宙,是火山岩中很少的类型。这表明,TTG 和埃达克岩分别处于不同的构造体制。太古宙异常的热,可能还没有板块构造。太古宙的岩浆岩（包括TTG）即使与后太古宙某些岩浆岩具有类似的地球化学特征,可能也不能照搬现代板块构造的解释。     

俯冲带复杂的壳幔相互作用

俯冲带除俯冲板片脱水形成的富大离子亲石元素流体、交代地幔楔形成的岛弧钙碱性玄武岩安山岩-英安岩-流纹岩及相应侵入岩组合外，还存在由俯冲扳片熔融形成的埃达克质熔体交代地慢楔形成的埃达克岩-富铌玄武岩-富镁安山岩组合，从而构成了俯冲带的流体交代与熔体交代两大类壳慢相互作用体系及相应的岩石组合。熔体交代作用的显著特点是Mg、高场强元素Nb、Ti、P等含量增加，Nd／Sr值增高，而Si、K、Na及La／Yb降低。洋壳板片或洋脊俯冲、玄武质岩浆底侵使地壳增厚，或板片断离、撕裂等作用均可产生埃达克质熔体并随之产生熔体交代作用。流体和熔体与地幔橄揽岩的相互作用构成了俯冲带复杂的地球化学体系。     

农业地质主攻方向初探

本文对农业地质的学科属性，国内外农业地质的发展历史作了简要的介绍，并对农业地质的主攻方向，从四个方面作了具体、初步的探讨，建议建立农业地质信息系统空间数据库，旨在推动对农业地质的重视和研究。     

初论农业环境地质与农业环境地质问题

本文初步提出了农业环境地质的概念,对它的科学地位和学科体系进行了探讨,并简述了五类主要的农业环境地质问题,以期丰富环境地学学科内容,保进农业环境地质研究。     

有关环境与区域工程地质研究的讨论

在“环境与区域工程地质”小组讨论中,可将代表们的发言归纳为以下四个方面:1.工程地质面临新挑战,2.强震区及地质灾害复杂区工程场址评价,3.大坝等重大工程安全的再认识,4.红粘土的深入研究     

国内外城市环境地质工作进展

城市化是世界各国发展的共同趋势，是人类文明和进步的标志。论文简述了国内外城市环境地质工作的历史发展，着重论述了城市地质工作的内容，指出我国城市环境地质中存在的问题。如地面沉降、地裂缝、岩溶塌陷等地质灾害及水资源短缺、城市废弃物处置以及特殊岩土环境问题。为了提高城市规划和确保城市可持续发展，仅从以下5个方面提出了我国城市地质工作的方向：(1)城市地质环境条件、地质资源综合调查评价；(2)城市主要环境地质问题调查；(3)城市群、城市密集区环境地质适宜性综合评价；(4)城市环境地质综合研究；(5)城市环境地质信息系统建设。     

珠海市水文地质与工程地质特征初探

从地形地貌，气候特征和地表水三方面简述了珠海市的自然地理概况，论核实 珠海市基础地 中的地层，岩层分布情况以及构造特征。重点对珠海市地下水的类型，形成，赋存条件，水理性质，以及岩土的居因类型，分布规律，海岸类型和工程地质特征等作了初探讨     

环境工程地质浅论

论述了工程地质与环境工程地质的相互关系，环境工程地质的内容及当前研究的任务。     

我国城市地质调查研究现状及发展方向

城市化是世界各国发展的共同趋势,是人类文明和进步的标志。论文简述了国内外城市环境地质工作的发展历史,着重论述了城市地质工作的现状及发展方向,指出我国城市环境地质中存在的问题。如地面沉降,地裂缝,岩溶塌陷等地质灾害及水资源短缺,城市废弃物处置以及特殊岩土环境问题。     

略论医学地质学

医学地质学这一新兴学科越来越与人类健康紧密相联,本文通过对医学地质学的概念、研究对象进行简单阐述,初探医学地质学在实践中的应用。     

新疆托克逊县库米什铜矿地质特征

库米什西北铜矿区位于拱拜孜大断裂和桑树园子大断裂共同组成的韧性剪切带以南部位，有利于矿的富集．1：20万区域化探扫面显示出Cu、Pb、Zn、Co、Ni等元素多以高背景值出现．通过研究库米什区域上以及矿区上的地层、构造、侵入岩等因素，铜矿的规模、形态、产状等因素，孔雀石化是找铜矿的一个重要标志，侵入岩的发育为矿的运移和富集提供了通道．     

九十年代城市建设中的工程地质问题

作者概述了城市发展中面临的主要工程地质问题,指出了城市工程地质工作的8个重点,并分别加以论述,最后就如何将城市地质工作与城市发展紧密结合提出了建议。