自然资源时期:大数据与地球系统科学——再论全面发展时期的勘查地球化学

中国勘查地球化学全面发展的重要标志和本质特征是大数据信息与地球系统科学。勘查地球化学的全面发展坚持资源与环境并重方针,真实生动地反映国家经济社会发展的历史轨迹,在科学技术领域具有典型意义。自然资源时期地质工作关于资源内涵从矿产资源、国土资源到一切自然资源,关于环境内涵从地质环境、国土环境到包括山水林田湖草生命共同体在内的一切自然环境。本文继2008年对此有所评述后,在国家自然资源部成立之际,地质工作面临深刻转型之时,从大数据信息科学与自然资源地球化学调查、建立地球系统科学指导的自然资源地球化学理论体系与自然资源地球化学评价体系,以及针对自然资源领域重大科学问题,深化地球化学应用研究与理论研究,构建完善的科学体系等若干值得注意的方面再次就此议题加以评论。勘查地球化学的长期目标是通过大数据信息与地球系统科学研究揭示自然资源与自然环境状况,实现对地球资源的科学开发、合理利用和整体保护,创造人类与地球和谐共处的生存环境。由此,转型和升级贯穿中国勘查地球化学发展的全过程。地球化学将以形态和内涵的系统性、综合性、整体性作用,以及应用实践的多目标全方位面貌出现在国家行业部门与科技领域,极大地拓展和深入经济社会发展各个方面。勘查地球化学以方法技术优势实行大调查、大数据、大应用战略,建立大环境、大生态、大地球观,向大地质、大资源、大科学转变,为解决自然资源与生态环境问题提供地球化学方案,将全面发展时期的勘查地球化学从大数据信息应用优势和地球系统科学理论高度提升到"大地球化学"境界。     

地球系统科学研究与网络技术

地球系统科学研究是项十分复杂的系统工程，它涉及到地质学，地理学，海洋学，土壤学，大气科学，生命科学，化学，物理学以及信息科学和社会学等多门学科，网络的迅速发展给地球系统科学研究提供了机遇，作者在文中分析了当今网络的先进技术与地球系统科学研究的关系，提出了网络将对其研究产生深远的影响。     

现代地球化学的理论思维结构

地球科学和地球化学的进展,不但加深和扩大了对地球的认识和理论成果,同时也总结提炼出了全新的科学思维方法。复杂性理论和系统思维是科学认识论的一次飞跃。现代地球化学建立了较完整的理论和方法体系,给地质科学认知地球提供了依据和支撑。作者论证了系统思维和逻辑演绎法相结合的思维方式,是研究和认识地球复杂巨系统以及推动地球科学理论创新的指导思想,并提出了运用现代地球化学理论构架和方法体系,综合地球科学系统思维与逻辑思维相结合方向的地球化学认知模型,为深入研究地球物质能量系统的行为和解决人类面临的资源、环境和灾害问题提供新的思路。     

论地质信息科学

地质信息科学是关于地质信息本质特征及其运动规律和应用方法的一个综合性学科领域.其发生和发展,是地球信息科学与地质科学相结合的产物,内部条件是地质学定量化和地矿勘查信息化的自身需要,外部条件是计算机科学和地球空间信息科学兴起和发展的促进.其研究对象是岩石圈的地质信息,其理论框架的核心是地质信息机理,包括地质信息的本质、运动规律、传输机制和信息流的形成机理等.其方法论体系包含着主题信息管理法、信息分析综合法、行为功能模拟法和系统整体优化法.其技术体系由地质数据采集、地质数据管理、地质数据处理、地质图件编绘、地质过程模拟、地质资源评价、地质信息传播及其多S集成化技术所组成.     

全国首届地球生物学培训班纪要

从21世纪开始,地球科学进入了地球系统科学的时代。生物圈与地球其他圈层的相互作用是地球系统科学的重要内涵,物理、化学与生命过程是地球系统演化的三大基本过程,对应着地球物理、地球化学和地球生     

美国地球系统科学教育概况及对我国地球科学教育的启示

近年来，地球系统科学的概念在地球科学界越来越成为最受关注的话题。许多国家的地球科学战略及与地球科学领域的国际研究计划中，都引入了地球系统科学的观念。地球系统科学的出现源自于人类活动对全球变化影响的显著增强和地球监测能力的迅速提高。在地球科学各分支学科研究的基础上，地球系统科学可以使人们更深入地理解控制地球过去、现在和未来状态的物理、化学和生物相互作用。     

国际地球科学发展态势

从学科发展的角度综述了20世纪80年代以来地球科学研究在思维方式、研究对象的时空尺度、研究内容、研究形式、组织形式、信息交流、方法手段等方面所发生的深刻变化，指出地球科学已经进入地球系统科学时代和为人类社会经济可持续发展服务的时代。进入21世纪，地球科学研究的主要趋向、热点与重点问题是：①突出地球系统科学，关注全球变化与地球各圈层相互作用及其变化的研究，以及人类活动引发的重大环境变化研究；②突出地球演化的动力过程研究，关注地球内部深层过程与岩石圈动力学、气候系统动力学与气候预测、生态系统动力学与生态环境的保护和建设；③突出地球信息科学，关注数字地球、3S（GIS、DIS和GPS）一体化和地球科学定量化的研究趋势；④突出地球管理科学，关注减灾防灾、环境保护治理、资源合理开发利用以及碳循环、水资源、食物与纤维、能源战略等问题；⑤突出地球科学跨学科研究进展与创新，关注经济社会发展对地球科学的影响与需求，重视地球科学在自然科学内部与其他学科的交叉融合以及高新技术在地球科学中的应用。     

地球化学信息管理系统的构建与实现技术

多年来,有色地质系统积累了丰富的有关我国有色金属重点成矿区带的地球化学测量成果资料.为了实现这些成果资料的信息化管理和各部门之间的实时共享,使之得以充分利用与二次开发,因此需建立一个统一的地球化学信息管理系统.该项研究工作在考虑到各部门间的地理差异性与信息管理系统的现势性的基础上,采用了基于分布式的结构体系来构建此系统,从而达到实用性目的.     

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     

鄂尔多斯盆地北缘地球化学大数据样本优选分析

众所周知,地球化学数据携带有众多地质噪音,这些噪音严重影响地球化学数据信息的客观性与可靠性;对于地球化学大数据融合分析而言,确定样品的有效性及变量优选是滤除地质噪音、建立最优样本集合的必要性工作,因而在地球化学大数据处理分析前需首先进行大样本优选,从而更加客观、真实的揭示地球化学大数据信息及相关地质意义。本文以鄂尔多斯盆地北缘1∶20万地球化学土壤测量数据为例,考虑元素之间的地球化学亲和力与组合匹配关系,建立非线性大样本优选模型。具体做法是基于优选后的样品矩阵,将39个元素变量分解成若干独立因子向量,将最优独立因子向量作为元素组合,其向量各分量作为元素变量的权重,依权重大小进行变量优选;优选后的样本集合可以作为该区地球化学数据分析与信息识别的有效地学信息集合,运用这种集合可以有效开展鄂尔多斯盆地外围铀地球化学分析,并为盆地铀资源预测奠定基础。     

地球化学场及其在隐伏矿体三维预测中的作用

本文从物理学"场论"的角度介绍了地球化学场的概念,并从场源、场作用及地球化学指标分布三个基本要素出发阐述了地球化学场的扩散、对流-扩散的动力学机制。首先,按照采样介质,将地球化学场分为原生的岩石地球化学场,以及次生的土壤、水系沉积物、水文和气体地球化学场,描述了组成各类地球化学场的要素。其次,将地球化学场的分析方法概括为静态的空间结构分析和动态的时空结构分析两种,提出要以场的动力学机制为基础,利用地球物理学中的正、反演理论来研究四维时空中地球化学场的发展和演化。最后,探讨了地球化学场时空结构分析与三维地学模拟两者之间彼此补充和相互验证的关系,三维地学模拟构建的场源及空间介质模型,为地球化学场的正、反演提供了初始条件,地球化学场反演的结果又可用来修正三维地质模型;探讨了地球化学场与大数据分析技术间的关系,即采用大数据的"数据驱动"的思路来挖掘其与多元地学数据之间的隐性联系,探索其与成矿过程的关联性。地球化学场与三维地学模拟、大数据分析技术的结合将为隐伏矿体三维预测中地下成矿物质的分布和演化提供依据。     

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...     

流域科学研究中的观测和模型系统建设

流域是地球系统的缩微,是自然界的基本单元。流域科学从基础研究角度可以被看作是地球系统科学研究方法在流域尺度上的具体体现;从流域综合管理的应用角度看,流域科学是在流域尺度上通过对自然资源和人类活动的优化配置而为可持续发展服务的应用科学。流域观测系统和模型系统的建设是发展流域科学的前提。提出了建立遥感—地面观测一体化的、覆盖流域能水和生物化学循环及社会经济活动的流域观测系统的设想,规划了系统各组成部分,以高效、高分辨率、高精度、多尺度、集成和现代化为流域观测系统的基本衡量准则。流域模型系统可概括为“水—土—气—生—人”集成模型的发展,[JP2]应该科学目标和流域管理目标并重,既要发展具有综合模拟能力的流域集成模型,也要建成流域水土资源和社会经济资源可持续利用决策支持系统。流域集成模型应由分布式水文模型、陆面过程模型、地下水模型、渠系模型、动态植被模型和社会经济模型构成。     

国际地球科学与资源环境科学发展战略分析

介绍了国际主要地学机构（NASA、USGS、NOAA、NERC、BGS）、主要组织（ICSU、EU、OECD、UNESCO）、国际主要基金机构（NSF、ESF）21世纪初10～20年有关地球科学与资源环境科学的研究与发展战略的目标、研究计划、主要研究内容与优先研究领域。这些机构与组织的地学与资源环境科学发展战略，反映了国际上地球科学与资源环境科学的研究重点和发展趋势，对把握国际地球科学与资源环境科学发展方向、明确我国地球科学与资源环境科学的战略重点和优先领域具有重要的参考价值。同时，依据美国科学信息研究所（ISI）的基本科学指标数据库（ESI），分析了过去20年国际地学（geosciences）、环境／生态学（environment／ec ology）领域著名科学家的国别和机构分布状况，分析了国际地学、环境／生态学过去10年成果产出最多、论文被引频次最多、篇均被引频次最高的前10个研究机构，反映了过去10年国际地学、环境／生态学研究的影响力。最后，简要分析了国际地球科学与资源环境科学的优先研究领域与主要特点。     

国际及中国地球科学发展态势文献计量分析

以SCI、ESI（基本科学指标数据库）、GEOREF等数据库为统计分析源,对1993—2003年国际及中国地球科学的发展现状和发展态势从文献计量学的角度进行统计分析,分析了国际地球科学论文产出的主要领域、国家、机构、科学家和期刊,对中国地球科学论文产出的主要领域进行比较分析,并通过论文产出、被引频次、篇均被引频次和国际1%顶尖论文数量对比反映中国的科学影响力。结果表明,国际环境科学和生态学研究论文增长很快,占地球科学相关主题领域论文的比例也比较大,但中国生态学研究论文无论从占国内22个学科论文产出的比例,还是从占全球该领域的比例来说都有较大差距;中国地质科学领域研究重点在地球化学、金属矿产和能源的经济地质学,但在环境地质学领域研究相对较少,而国际上环境地质学研究论文的发展已经大大高于传统的地质学论文。     

引领世纪的地球系统科学研究现状

随着人类社会谋求可持续发展意愿的加强,突出系统科学的服务和规范已成为我国公益性地质工作的战略要求,并且成为引领新世纪地球科学的发展方向。建立在地球探针等技术基础之上的系统科学,必将促进多学科交叉融合,从地球系统整体行为研究寻求解决办法。由此提出了地球系统和地球系统科学的概念。通过自由性、统计性、组合性的研究,研究自然界中的秩序与和谐,通过体系的完全性、参数性、层次性的研究,揭示不同空间的物质组成,解释不同结构的物性参数,通过地质学、地球物理、地球化学信息的研究,探索开发矿物原料、资源估算、水文生态、污染治理、矿山监测。     

数据预处理技术在地学大数据中应用

大数据时代随着数据的爆发式增长,在带来可供研究的海量数据的同时,也带来巨量的噪声和冗余数据。在地学领域,由于研究方向和技术方法手段的多样化,产生了数据量巨大和类型众多的地学数据集合。在地学信息的研究过程中,经常碰到地学信息孤岛,分图幅地学数据边界系统误差和地学文档的非结构化问题。在对地学数据进行信息的提取和挖掘之前,必须根据研究目的对地学大数据进行预处理,使冗余、复杂的大数据转为结构化、准确、可用的数据。本文以地学大数据的预处理技术为切入点,从地学数据交互标准与语义、数据调平、地质图接边和文本结构化等四个研究方面,分析阐述目前地学大数据挖掘方面存在的问题及主要的解决手段,同时也对多元数据融合在大数据中的应用进行了阐述。希望通过本文对地学大数据预处理技术的探讨,能对地学大数据的挖掘有所帮助。     

昆明东川区播卡金矿地球化学特征与成因

播卡金矿位于云南的东川区,由16条矿体组成。在搜集以往地质、化探资料的基础上,结合野外实地调研,研究了播卡矿区地层、岩浆岩、矿石的微量元素地球化学特征,从地球化学的角度探讨了播卡矿床的成因,依据稀土元素的分析结果研究了播卡矿床的成矿物质来源,在此基础上分析了播卡金矿的成矿过程及成矿机制。     

从勘查地球化学到应用地球化学

勘查地球化学是在20世纪从一门探矿技术发展成一门年轻的地学分支科学.进入21世纪,它可能为解决资源与环境关键问题做出许多从事勘查地球化学工作的人都未预料到的重大贡献.由于它的发展今后可能超越它原有的局限,因而称之为应用地球化学更符合它的发展方向.应用地球化学是尚未成形的一门科学.它是许多化学家、地球化学家、地质学家、物理学家、数学家、农学家与环境学家的多学科学术活动.由此产生了一种国际学术杂志“应用地球化学(appliedgeochemistry)”,但应用地球化学的研究成果散见于许多杂志,还没有一个学术团体以此命名.因而,国际勘查地球化学家协会大可借此机会改名为应用地球化学家协会,以便吸收多学科的人才,为解决人类资源与环境中关键问题共同努力.周期表上所有元素不同尺度不同性质的地球化学图已成为解决资源与环境关键问题的最重要的基础图件.勘查地球化学家多年研究地球化学填图的思路与方法可以帮助其它学科扩大视野,而多学科的融合将使改名为应用地球化学的勘查地球化学的研究得以更深入的发展.