全球古地理重建模型的构建方法、比较与知识发现

作为深时数字地球项目的底层框架,全球古地理重建模型包括地质历史时期板块的位置和运动轨迹以及地表特征两方面的内容。过去数十年里,基于不同方法、不同资料的全球古地理重建模型不断涌现。综合古地磁学、古生物学、沉积学、地球物理、地球化学以及地球动力学领域的知识与资料解释古地理,并建立起数字化、可修改、随时间演变的模型是当前常见的方法。文章介绍了国内外全球古地理重建模型的构建方法,并比较了六种主流的重建模型(PaleoMap、PLATES、UNIL、GOLONKA、GMAP和EarthByte),旨在为国内相关领域研究提供参考。文章还介绍了数字化全球重建古地理模型在古气候、板块构造驱动力以及盆地演化方面的应用及知识发现。通过对现存模型的介绍,提出展望,希望在深时数字地球计划的框架下整合国内外优秀科学家,重新设计并建立真正统一的四维古地理重建模型。     

深时源-汇系统古地理重建方法评述

源-汇系统根据侵蚀、搬运及沉积作用的显著程度可划分为物源区、过渡区和沉积区,根据研究的时间尺度可划分为现代系统、第四纪系统和深时系统。洋陆边缘源-汇系统根据地貌单元的空间配置可划分为"陡—短—深"、"宽—深"及"宽—浅"3种空间分布类型,这3种类型在沉积体积分布及沉积记录保存潜力上存在差异。完整的源-汇系统古地理重建包括沉积区古地理重建和物源区古地理重建。深时尺度下沉积区古地理重建方法随着岩相古地理、构造古地理、生物古地理及层序地层学的发展已趋完善,而物源区古地理重建则更具挑战性,尤其是在物源区遭受侵蚀而不复存在的情况下更具难度。在源-汇分析方法体系中,物源区古流域水系形态、面积范围、地貌地势等古地理要素可通过构造要素分析、碎屑矿物分析、沉积体积回填、地貌学参数比例关系、古水力学参数比例关系和河流沉积通量模型等方法获得。总之,深时源-汇系统古地理重建能够通过盆地沉积记录揭示出物源区古地理演化特征,为沉积盆地充填过程提供沉积供给的信息,对能源矿产勘探和深时古环境研究具有重要意义。     

造山带古地理重建的研究方法综述

本文系统地评述造山带古地理重建的方法，该方法包括古地磁学、沉积学、古生物地理学、构造地质学和地球化学等方法。文中强调了板块构造与古地理重建的重要性。古地磁数据是精确地进行古地理重建的关键。各种方法应当综合分析，同时也指出了各种单一方法的局限性和简介了古地理重建的某些进展。     

多信息的古地理重建

2002年12月3～5日,香山科学会议召开了第197次学就地质时期和人类历史时期古地理重建的多信息化、定量化、计算机化,各古地理分支学科的相互交叉、渗透和耦合,以及更有效地为生产实践和人类生存地理环境的维护和改善等重大问题进行了交流和探索。题;②古今地理环境与人类文明;③古地理与矿产资源的勘探开发及地理环境的整合问题。北京石油大学冯增昭教授、中国地质大学刘本培教授和中国科学院地理与资源科学研究所刘纪远研究员担任本次会议执行主席。1　我国古地理学研究现状与发展前景古地理是指地质历史和人类历史的自然地理环境。长…     

龙门山泥盆纪沉积盆地的古地理和古构造重建

位于扬子地块西缘的龙门山区,是著名的中生代冲断带,其中泥盆系发育,沉积类型多样,厚度巨大,既包括未经变质的稳定型,也包括浅变质的过渡型和活动型地层。根据推覆构造特点和不同类型泥盆系之间的关系,确认前山带、中山带和后山带,分别包含了泥盆纪沉积的边缘带、过渡带和活动带的地层纪录。泥盆纪的沉积盆地则是一个NE向不对称的裂谷盆地,它的东南边缘,早期由于同生断裂的影响造成宽阔而复杂的古地理面貌和岩相、厚度变化。晚期由于海平面上升,沉积区扩大,边缘带成为宽阔平坦的碳酸盐台地,北段仍保留平行岸线的深水槽地,盆地西侧为较深水的浊积岩分布区,而后过渡为边缘浅水区。本区泥盆系的层序地层结构特点,是由多级不对称层序组成,沉降曲线则由两个下凹的曲线组成阶梯状。这些特点说明,该盆地具有伸展成因的裂谷性质,盆地的形成可能与沿着有根的叠瓦式低角度剪切断裂系发育的地壳伸展作用有关。     

构造古地理重建与动力地形

摘要：构造古地理是研究地质历史时期的构造过程和自然地理演化的科学。大数据时代的计算能力和效率的迅速提高及地球动力学模拟技术的发展,要求古地理研究应建立在全球板块构造背景下,重建“深时”、原位、原型的活动古地理。本文在综合分析国际、国内关于GPlates和CitcomS的地球动力学模拟软件平台的研究成果基础上,系统阐述了板块构造古地理重建思路、内容和方法,残余地形(动力地形)的分离技术、动力地形与板块俯冲、深部地幔流动的动力成因关系;介绍了利用地表动力地形等古地理资料进行约束,揭示板块运动过程、地幔动力学过程研究思路、方法;提出了古地理重建和地球动力学研究中应遵循的“定时、定位、定向和定型”的原则。将全球板块构造古地理模型(GPlates)与基于物理特性的地幔和岩石圈有限元模型(CitcomS)相结合,将动力地形与地幔活动过程研究相结合,对揭示4-D地球动力学具有重要理论意义。     

一种基于GIS建立数字古高程模型的方法

随着 GIS和3D技术的不断成熟,古地理重建已从传统的二维古地理图的绘制,逐渐向含地形地貌 特征的三维可视化方向发展。对此,作者提出一种基于GIS技术建立数字古高程模型的方法：首先以不同年代 的岩相古地理图为基础,结合解释的古高程和古水深范围,进行古地形地貌的复原;然后利用相关数学算法及 GIS方法对等值线图进行空间插值渲染及3D表达。以晚侏罗世拉萨地体为例,对该方法流程进行了详细的介 绍。结果表明按照文中设计的方法,对古环境进行近似的3D渲染复原是可行的,生成的数字古高程模型能够正 确且直观地反应古地理图上沉积相所指示的地形地貌特征。该研究将计算机和 GIS技术应用于古地理重建工作, 为中国古地理重建的信息化发展提供了一种新的研究方法和手段。     

古地理和古地形三维再造的发展趋势

“模拟技术”是当今科学研究的主要手段之一,把它应用于地质学的某些方面,能取得很好的效果,如盆地模拟已经发展到了比较成熟的阶段。但在古地理和古地形再造方面,国内外在这方面的研究甚少,尤其是在三维模拟方面。根据Hay等(1989)提出的物质平衡理论,在给定时间间隔内,作用在研究区表面的构造、侵蚀和沉积过程所造成的沉积物的侵蚀总量与沉积总量之间物质守恒,与古地形再造和古地理重建相结合,用三维数值模型来模拟研究区域的变化过程,用GIS技术把这个变化过程的动态显示出来,是一项具有理论意义和实践意义的工作。     

龙门山泥盆纪沉积盆地的地理和古构造重建

位于扬子地块西缘的龙门山区,是著名的中生代冲断带,其中泥盆系发育,沉积类型多样,厚度巨大,既包括未经变质的稳定型,也包括浅变质的过渡型和活动型地层,根据推覆构造特点和不同类型泥盆系之间的关系,确认前山带,中山带和后山带,分别包含了泥盆纪沉积的边缘带,过渡带和活动地层纪录。泥盆纪的沉积盆地则是一个ＮＥ向不对称的裂谷盆地,它的东南边缘,     

活动论构造古地理的研究现状、思路与方法*

古地理学是研究地质历史时期地球表面的自然地理的综合性科学,构造古地理学是研究地质历史时期地理单元的构造属性及其演变特征的科学。地球表面的山川、流域与盆地等自然地理单元受岩石圈板块水平运动与深部地幔动力学的联合控制。自然地理单元及其演变是内、外动力长期作用的综合结果。活动论构造古地理思想是在地球系统科学的活动论、演化论、阶段论与转换论观念下的自然延伸。整体、动态、综合分析是活动论构造古地理研究的基本方法;确定构造古地理单元的边界、属性、组成、结构与演变的“五定”原则是工作的具体步骤;搭建数据化、标准化和智能化的古地理重建平台是研究的重要途径。基于活动论构造古地理思想的原型盆地分析,是对原型盆地进行复位、复原与复变,揭示原型盆地的时—空结构;而活动论的源-汇系统分析是在地球系统观指导下的深、浅部结合的全链条、全过程综合研究。活动论构造古地理是研究地表过程和能源、资源矿产分布预测的重要基础。     

中国岩相古地理研究进展

我国的岩相古地理研究大致经历了三个大的发展时期。初期阶段：20世纪80年代以前,主体是以古生物地层学的理论为指导编制出版大区域的古地理图集,集中反映海陆分布,岩相内容较少,较少的学者开展了岩相古地理研究,揭开了由古地理图向岩相古地理图转变的序幕。快速发展阶段：20世纪80年代至2000年,总体上是以大地构造学、古生物地层学、沉积学等理论为指导,开展了大量的岩相古地理研究与编图工作,并采取多种编图思路和方法编制大区域的岩相古地理图,是我国岩相古地理研究与编图大发展时期,形成了丰硕的理论和实践成果。编制的图件不仅尽量体现活动性古地理的学术前沿,而且更多的是强化实用性,聚焦对沉积层控矿产远景预测和油气勘探的支撑和指导作用。现代阶段：2000年至今,岩相古地理研究与编图聚焦支撑油气地质调查与勘探成为了这段时间的主题,采取不同的编图思路和方法编制出版了大区域的岩相古地理图。具有三大特点：一是编图资料丰富,技术方法新颖;二是编图思路先进,体现了以构造为主线,岩相古地理恢复为核心,支撑服务油气为根本的研究思路;三是以服务油气目标为特色。由于大数据、人工智能等信息技术突飞猛进促进大数据岩相古地理向前发展,数字岩相古地理必将推动我国在岩相古地理编图思路和技术方法的创新,提升支撑服务沉积矿产找矿和油气勘探开发的精准性和预测性水平。     

中亚盆地群石炭-二叠纪岩相古地理恢复及演化

近十年来,尽管准噶尔盆地上古生界油气勘探不断获得突破,准噶尔周缘盆地也相继有油气显示,但北疆地区含油气盆地的宏观构造背景与中亚含油气盆地群的关系还不清楚,尤其缺少板块尺度的岩相古地理分析。因此深入分析中亚盆地群石炭-二叠系的构造-岩相古地理是十分必要的。本文充分调研中亚盆地群区域地质、油气地质资料,从中亚盆地群古板块、古地理环境分析准噶尔盆地与中亚盆地群的大地构造背景,并结合构造大剖面和岩相发育特征,对中亚盆地群石炭-二叠纪岩相古地理进行研究,研究结果表明：（1）中亚盆地群石炭-二叠系的岩相特征具有明显的东西分带性,西侧的滨里海盆地、图尔盖盆地和楚-萨雷苏盆地以碳酸盐岩发育为主要岩性特征,东侧的斋桑盆地、准噶尔盆地和三塘湖盆地以火山岩和砂泥岩为主要岩性特征;（2）石炭纪时期,中亚西侧盆地群处于低纬度,气温较高,具有较为稳定的台地环境,广泛沉积碳酸盐岩,而中亚东侧盆地群处于中-低纬度,多以岛弧相为主,沉积火山岩和碎屑岩;（3）二叠纪时期,中亚盆地群已由海相沉积转化为陆相沉积,晚二叠世,中亚盆地群整体遭受抬升剥蚀,地层缺失,普遍存在不整合特征;（4）中亚地区石炭-二叠系岩相上的湖相中心和残余洋盆可作为石炭-二叠系油气勘探的重点。     

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。     

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.     

基于机器学习的历史气候重建论文智能识别与数据挖掘初探

本文基于机器学习方法开展了从海量的气候变化研究论文中智能识别历史气候重建论文,并提取关键信息的技术研究。首先以人工标注的1450篇古气候重建论文摘要作为样本数据,对机器学习中常见的9种分类模型进行训练和精度检验,发现极端随机树模型在此类文本中具有较高的分类精度;其次,利用这一模型对ResearchGate中70万余篇气候变化相关的论文摘要进行智能分类,从中筛选出6039篇千年尺度气候重建论文摘要,并根据词云图验证了分类结果的可靠性。在此基础上,采用命名实体识别技术对6039篇论文摘要,从重建气候要素、代用资料类型和目标地区（国家）这3个维度开展了文本数据挖掘。挖掘结果表明：温度和降水是两大主要的重建要素,树轮、历史文献、沉积（含孢粉）是位居前三位的主要代用资料,这与领域专家经验基本一致;同时,重建气候要素与代用资料类型及二者的组合规律呈现鲜明的地理差异,这与区域气候特征密切相关。

     

嘉陵江古河曲发育的古地理环境重建

嘉陵江古河道的遥感影像轮廓反映了自由河曲的河流形态信息,分析嘉陵江古河曲的发育条件对其区域古地理环境的重建和恢复具有重要的地貌学研究意义.本文在综合前人关于自由河曲的理论与实际案例研究成果的基础上,总结了自由河曲的发育条件.据此,结合野外调查资料,认为嘉陵江古河曲形成时,该区应为平坦开阔的冲积平原,河流纵比降较比现在更小;河流两岸为具有“二元结构”的松散沉积物.与长江下荆江河段的地理环境类似.且“三水汇流”(嘉陵江与渠江、涪江)格局已经存在.嘉陵江由自由河曲转为深切河曲是由于区域地质环境(或地质事件)的改变所引起的.     

华南陡山沱期古地理环境及"雪球地球"研究新进展

华南地块陡山沱组的古地磁和C同位素研究揭示了其形成于赤道附近的古地理环境。对冰期后的盖帽白云岩的C同位素研究表明,δ13C从-5‰开始有缓慢升高的趋势,与世界上Marinoan冰期其他剖面的C同位素变化相一致。陡山沱期大气中CO2含量的升高可能与Rodinia超大陆的裂解及火山活动等密切相关。     

二叠纪古板块再造与岩相古地理特征分析

依据古地磁方法,对二叠纪全球古板块进行再造,并在此基础上,结合区域地质资料,编制了二叠系全球古板块再造图、全球岩相及烃源岩分布图和全球古地理图。二叠纪板块格局以泛大陆和泛大洋为主,大陆内部裂谷系(如劳亚板块内部北海—北大西洋裂谷系和非洲大陆内部裂谷系)持续发育,最终导致了泛大陆的裂解。二叠纪冰期持续发育,又由于干旱带广泛发育的古气候条件,造成全球海平面在晚二叠世达到整个显生宙的最低值。浅海广泛发育的古地理环境造成古、新特提斯洋周缘和劳亚大陆整体以浅海碳酸盐岩和海相碎屑岩沉积为主。冈瓦纳大陆内部以河湖相碎屑岩沉积为主。二叠系烃源岩不发育,主要层系是下二叠统泥页岩,分布集中在劳亚大陆北缘、特提斯洋周缘以及冈瓦纳大陆内部和澳大利亚东部,以海陆过渡相沉积环境为主。泛大陆形成过程中,洋壳消减与不同陆块之间的拼合,最终造成了二叠纪末气候的剧变,形成了晚古生代末超大规模的冰期。板块运动所产生的壳幔物质循环造成二叠纪全球二氧化碳含量剧烈升高,最终导致了二叠纪生物灭绝程度最大。     

机器学习算法在地球物理测井中的适用性及应用

机器学习,特别是深度神经网络学习算法的发展,正在改变人们发现知识的方式。目前油气工业正在向转向非常规和深海的油气勘探和开发。基于有限岩石物理参数建立的评价解释模型难以满足反映非常规储层复杂的岩性和结构,这使传统测井评价技术受到了很大的挑战。以油气大数据为基础、机器学习算法为核心、油气大数据云计算为动力以及油气应用场景为源泉的油气人工智能（Oil & Gas AI）极大地改变传统的油气工业各个领域。笔者以地球物理测井为研究对象,依据数据驱动的地球物理知识发现原理和机器学习属性,按照“数据–算法–平台–知识–应用场景”研究思路,开展机器学习算法在测井技术中的适用性研究。对机器算法的内在特性、原理、质量控制、硬件要求,学习模型选择、测试以及性能评价实现过程进行分析。笔者梳理和总结了机器学习算法在测井中适用性的树状图,尤其是在油气测井的方法研究、数据处理以及地层评价中的应用潜力与机器学习算法对应关系,其中包括数据校正的模拟方法、数据标定的岩石物理分析、测井数据质量控制、综合评价以及油藏评价监测。研究表明,机器学习算法在岩性识别与储层分类、力学评价、以及油藏评价等方面应用有明显的优势,贯穿于测井方法、仪器设计、测井作业及测井解释中。机器学习算法相对于传统的岩石物理建模方法,以数据为纽带综合评价岩石物理的多重属性。这从数据科学角度突破了实验条件和物理属性的限制,具有跨学科、综合性的特点。