基于GPlates平台的“深时”板块构造重建：数据库现状与应用实例

板块构造重建是大地构造领域一项关键的研究工作,是构建"深时数字地球"(Deep-time Digital Earth, DDE)的重要途径。板块重建工作需要整合地球科学多个研究领域、海量的数据,同时又是地球动力学和气候模拟等研究的重要约束条件。因此,追踪目前国际主流的板块重建所需的数据库以及板块重建工具的最新进展和应用为了解板块重建研究的前沿提供全面的信息。文章系统介绍了支持板块构造重建研究的多个主流数据库,着重描述数据库的数据格式、数据获取方式及数据如何支持基于GPlates平台的板块构造重建。为了阐述大地构造研究相关数据库在板块重建研究中的应用,此次研究从板块构造重建的三个不同层次出发,列举了多个最新的板块重建模型及其在探索地球系统演化方面的意义。最后,结合DDE项目的相关任务,对250 Ma以来全球板块构造和变形的演化、量化大地构造在地球系统演化中的作用、超大陆旋回中的古大陆和古海洋构造重建以及前中生代(250 Ma)全球板块运动模型重建这四个关键科学问题作出了新的展望。     

沉积学数据库建设与沉积大数据科学研究进展：以Macrostrat数据库为例

沉积岩(物)是构成地球表层的主要岩石类型。自地质学诞生以来,地质学家已经积累了海量的沉积学相关研究数据,国内外也相继涌现出Macrostrat等以整合沉积学、地层学相关数据为主的优秀数据库。随着沉积学、地层学、古生物学、地球化学、地质年代学、地球观测等学科数据的快速增长,数据整合分析技术的重大突破,从全球视野研究深时沉积过程变为了可能。文章介绍了国际沉积相关数据库的总体建设情况,并深度剖析美国Macrostrat数据库的结构及其创新工作模式,旨在为深时数字地球(Deep-Time Digital Earth,DDE)计划建设多学科、多尺度、多层次、共享开源的大数据库提供借鉴和参考;在此基础上,剖析了若干应用大数据思维开展的重要科研实例。     

古生物学数据库现状与数据驱动下的科学研究

化石数据是了解地球历史以及深时生命演化的重要信息来源。通过数百年的积累,古生物学家已经发表了海量的古生物学数据。过去三、四十年里,随着计算机、数据库和互联网技术的快速发展,国内外涌现出大量的古生物学数据库,彼此间的目标、体系架构、数据组织方式和服务对象通常存在显著差异,呈现百花齐放的特点。文章系统介绍了古生物学领域主要数据库的发展历史、数据表结构、数据特征和数据量等建设情况,对比分析了其数据整理方式、核心在线功能、数据共享特点和数据质量控制措施。同时,结合近年来数据驱动下的古生物学领域的科学研究实例,提出一站式全生态链数据平台的建设设想,为深时数字地球（DDE）建设多学科融合、数据开放与共享的大数据平台提供参考。     

表生地球化学数据库及大数据研究进展

表生地球化学是研究地球表层系统的交叉学科,与气候、环境、人类活动等密切相关.随着大数据时代的来临,表生地球化学正面临着新的机遇和挑战.为了给深时数字地球(Deep-time Digital Earth,DDE)科学计划的数据平台建设提供借鉴和参考,文章对现有的表生地球化学领域的数据及其数据库进行了初步调研.结果表明,表...     

国内外岩浆岩数据库现状与应用前景

超过三分之二的地壳岩石是由来自深部的岩浆作用形成,岩浆岩记录的信息是深时数字地球(Deep-time Digital Earth,DDE)特别是深部过程研究的重要载体。岩浆岩分布范围广,样品众多,分析、定年相对方便和精确,易于数据累积。在过去的十多年,全球科学家建立了EarthChem、GEOROC、DataView等多个优秀的岩浆岩数据库。随着大数据时代的到来,地球科学也在经历向地球系统科学的重大转变。如何进一步整合分散在研究机构和个人手中的越来越多的数据,建立能服务大数据和人工智能方法的数据平台,推动地球科学研究由理论驱动的传统因果推理方法向数据驱动的大数据方法转变,是新的很有希望的突破点。文章系统介绍了目前国内外已有的岩浆岩相关数据库及其运行情况,为未来DDE计划整合全球海量岩浆岩数据,建设开放、共享、统一的大数据平台提供经验和基础。同时,也列举了以岩浆岩大数据驱动的科学研究的典型实例,并结合DDE相关任务,对利用岩浆岩大数据和人工智能进一步解决四维地球深部圈层物质构成、交换与动力学这一关键科学问题提出新的展望。     

全球矿床数据库建设现状、应用与展望

基于大数据和人工智能技术的数据驱动科学范式推动地球科学研究发生了变革。作为地球科学的重要分支,现代矿床学经历了百余年的发展,已经积累了海量的数据资料,这些数据的流通和共享是发挥其资源价值的关键。文章介绍了中国“地质云”与全球矿产资源储量动态评估数据库、澳大利亚深部地球探测计划AuScope、美国矿产资源在线空间数据库、国际经济地质学家学会(SEG)Geofacets数据库、美国标准普尔公司SNL Metals&Mining数据库等国际主要矿床数据库的情况;同时,列举了应用大数据思维和人工智能方法在区域成矿规律、矿床成因机制、矿床类型判别、资源潜力评价、战略咨询等方面取得的若干重要进展。文章提出,未来在深时数字地球国际大科学计划的平台下,整合全球海量矿床数据,建设开放、共享、统一的矿床大数据平台势在必行。     

深时全球海平面变化重建方法的回顾与展望

全球海平面变化对古地理、古生物、古气候演化以及能源矿产分布具有重要的控制作用。然而,目前学界对深时海平面变化的驱动机制尚不清楚,部分归因于缺乏高精度全球海平面变化的恢复。文章回顾了全球海平面变化研究的起始与发展过程,归纳出五种类型的深时海平面变化重建方法和技术,即地层学、沉积学、洋盆动力学、同位素地球化学方法和大数据技术。并总结了上述研究方法的原理、优势和不足,并以白垩纪全球海平面重建为实例,讨论了当前深时全球海平面重建的难点和争议点,并对未来深时全球海平面变化重建进行了展望。     

四川恐龙化石的发现与研究

四川是恐龙资源大省,自1915年首次科学发现恐龙化石以来,已有100多年的发现和研究历史,在恐龙动物群组合、系统演化、集群死亡原因与埋藏环境、生活习性与行为方式、骨组织学与古病理学等方面取得了举世瞩目的研究成果。迄今为止,四川地区发现并鉴定出的恐龙骨骼化石有35属48种,占中国恐龙骨骼化石种类的近1/5,恐龙足迹化石21属20种,占中国恐龙足迹化石种类的1/3。其中,包括我国最早的恐龙足迹和我国最具典型意义的中侏罗世蜀龙动物群和晚侏罗世马门溪龙动物群。我们期待未来四川恐龙的发现和研究将在早期和晚期恐龙的发现、绝对年代测定、系统演化、区域性对比、微观研究等方面有很大的突破。     

大数据驱动下变质岩岩石学研究展望

变质岩记录了地球特别是大陆形成以来的演化历史。变质作用是地球出现固态岩石后构造演化的物质记录,是地球岩石圈的黑匣子、深部探针和指示剂,是深时地质记录最典型的地质指纹。变质岩及变质作用承载了地球特别是大陆构造演化过程以及构造体制随时代演化的研究重任。随着变质相平衡研究的发展以及相关数据资料的积累,因应大数据时代的到来,如何完善变质岩岩石学知识体系,对分散的数据进行整合,形成新一代数据平台,运用大数据方法解决前沿科学问题,成为变质岩岩石学新的学科生长点。文章总结介绍了国内外与变质岩有关的数据库（如MetPetDB、PetDB等）,并对近年的研究热点做了综述。笔者认为,大数据驱动下,可以针对一些相关科学问题先行开展研究,如：（1）早期大陆的物质、形成机制、生长过程和稳定化; （2）造山带、克拉通结构以及洋陆相互作用的过程;（3）壳-幔相互作用、接触带结构、能量、相转换与物质交换;（4）地球的热体制演化及其与大陆结构与成分演变的时空联系。     

四川恐龙化石的发现与研究

四川是恐龙资源大省,自1915年首次科学发现恐龙化石以来,已有100多年的发现和研究历史,在恐龙动物群组合、系统演化、集群死亡原因与埋藏环境、生活习性与行为方式、骨组织学与古病理学等方面取得了举世瞩目的研究成果。迄今为止,四川地区发现并鉴定出的恐龙骨骼化石有35属48种,占中国恐龙骨骼化石种类的近1/5,恐龙足迹化石21属20种,占中国恐龙足迹化石种类的1/3。其中,包括我国最早的恐龙足迹和我国最具典型意义的中侏罗世蜀龙动物群和晚侏罗世马门溪龙动物群。我们期待未来四川恐龙的发现和研究将在早期和晚期恐龙的发现、绝对年代测定、系统演化、区域性对比、微观研究等方面有很大的突破。     

地球科学知识图谱的构建与展望

大数据为地球科学研究带来了新的思路和挑战。但由于存在描述规范不统一、共享机制不明、语义异构等问题,在数据集成、共享与复用等方面存在较大困难,使得大数据的众多优势在地球科学相关研究中难以充分发挥。知识图谱能够准确、清晰地表达概念及其相互之间的复杂语义关系,为机器所理解,是实现语义翻译、数据融合和复用的关键技术。文章对地球科学知识图谱的内涵和特点进行了深入的分析,归纳了地球科学知识图谱的主要构建方法,梳理了数据字典、知识体系和知识图谱之间的关系,对与地球科学知识图谱构建相关的专题数据库和领域本体的建设现状进行了回顾,指出了地球科学知识图谱构建中存在的主要问题,并阐述了地球科学知识图谱的应用前景,以期推动和完善地球科学知识图谱的建设和应用。     

海底岩石地球化学研究中的“大数据”——PetDB及其应用

PetDB是目前海洋科学及地学领域最重要的基础数据库资源之一,是海底岩石地球化学数据库的旗舰,它为海洋地质和岩石地球化学专业人员提供了最好的"大数据"支持。PetDB综合了全球海底岩石、矿物和包裹体等的元素化学数据、同位素数据和矿物学数据,数据收录全面、完整、更新快,数据格式规范、统一,数据组织结构清晰,数据查询、输出方便快捷,用户体验感强。将面向国内同行详细介绍海底岩石地球化学"大数据"工具———PetDB数据库,包括PetDB的设计理念、使用方法和应用特色,旨在抛砖引玉,倡导基础数据的及时积累和整理,为建立自主的研究型数据库奠定基础,为迎接"大数据"时代的到来做好充分的准备。     

前寒武纪地质学研究进展与前景

前寒武纪地质学是地质科学重要分支学科之一,以地球早期演化历史为主要研究对象。近几年我国前寒武纪地层学、前寒武纪构造演化、前寒武纪古生物学和前寒武纪成矿作用等方面的研究取得重要进展。在高精度微区测年技术的支持下,相继建立了鞍山、泰山和五台山等早前寒武纪经典地区的年代格架,推动了华北克拉通早前寒武纪构造格架的研究;中国晚前...     

国内外古脊椎动物数据库综述

近20万年来地球生物多样性及地球环境经历了多种多样的变化,尤其是过去11000年以来人类活动加剧了地球环境的恶化和物种的快速消亡,有部分学者提出人类正经历地质历史上的第六次生物集群灭绝事件。古今生物多样性研究的融通,将现代生物多样性问题放进地质历史的框架中分析,是认识生物和环境协同演变规律的重要途径,也是预估人类、生态系统以及地球环境未来发展的重要手段。基于此,依赖于数据积累的一门新型学科：保育古生物学正在兴起,越来越多的学者开始重视化石数据资料的积累,并建立了多种门类和不同用途的数据库,如启动于1998年的PBDB（Paleobiology Database）等。这些优秀的数据库提供了高质量的在线免费服务,并已产出不少重要成果。文章介绍了国内外古脊椎动物学领域的相关数据库及数据驱动下的重要研究实例,希望借此为深时数字地球计划（Deep-time Digital Earth）整合和共享开源的古脊椎动物大数据提供参考。     

浅议学科交叉与地球系统科学

以整体系统的观念认识地球 ,强化学科间的交叉与渗透 ,是 2 1世纪初地球科学发展的主题。各国都十分重视推动学科交叉研究 ,并将学科交叉分为Modidisciplinary、Interdisciplinary、Transdiscipli nary三个层次。地球系统科学的两大前沿为“地球系统的联系”和“地球系统的演化” ,2 1世纪地球科学的突破在于地球系统变化理论的形成。笔者指出 :目前 ,我们的观念还跟不上地球科学的发展 ,尤其是“学科交叉”的理念不强 ,缺乏地球系统科学的思维 ,但我们有开展地球系统科学研究的有利条件     

Review on status of groundwater database and application prospect in deep-time digital earth plan

Groundwater is an important water resource. The total amount of active groundwater in a hydrological cycle is about 3.5 times that of the total amount of surface water. The information in the deep groundwater records the material exchange and dynamics in the earth’s evolution, which is an important aspect of the Deep-Time Digital Earth (DDE) plan. In recent years, scientists have discussed the distribution of transboundary aquifers and the environmental significance of groundwater resources through groundwater databases established by international organizations, such as the Global Groundwater Information System and the chronicles consortium, and national institutes, such as national geological surveys. The application of the groundwater database in the DDE plan, however, has been limited by the management, interactivity, and monitoring method of the groundwater data. The ability to further integrate data that are private and scattered across research institutions and individuals, while establishing an open, unified, and shared groundwater data platform, is essential to enhance our understanding of groundwater, ranging from shallow to deep water, which is a goal of the DDE plan. In this study, we introduced the current situation of groundwater database operations in domestic and international research and provided frontier research with groundwater big data. Considering the related objectives of the DDE plan and the limitations of existing groundwater databases, we proposed an improvement plan and new prospects for applying groundwater databases in the research of the deep earth.     

黑河流域水文信息系统设计与实现

水文数据建模和数据共享是流域科学研究的重点工作, 也是"数字流域"研究的基础.目前集成观测数据和环境信息的流域信息基础设施已经成为"数字地球"技术在流域科学方面的重要应用.以水文数据模型和"协同促进水文科学发展大学联盟"水文信息系统(CUAHSI-HIS)为原型, 设计一个适合于黑河流域的集流域地理数据库、 观测系统数据库和数据共享发布系统于一体的流域水文信息系统.系统实现集成各种观测数据类型、 数据来源及观测数据的流域观测数据库, 通过统一地表和地下水的通用数据模型实现流域地表水和地下水信息的一体化存储管理, 同时存储、 组织和在线共享发布流域相关的观测数据和空间数据, 为流域科学研究提供在线生态环境数据的网络服务以及相应的流域观测数据服务, 有效的推动流域科学计划的研究.