地質(zhì)大數(shù)據(jù)的特點與發(fā)展方向

趙靜儀

地質(zhì)數(shù)據(jù)是地質(zhì)工作記錄及其成果體現(xiàn)的關鍵，文章基于地質(zhì)數(shù)據(jù)的來源，對獲取地質(zhì)數(shù)據(jù)的途徑進行了分析，并對地質(zhì)大數(shù)據(jù)的特點進行了闡述，同時提出了地質(zhì)大數(shù)據(jù)建設的發(fā)展方向，以供相關人士參考。

近些年，全國的大數(shù)據(jù)研發(fā)與實踐得到了顯著提升，大數(shù)據(jù)技術(shù)日漸成熟，相關配套設施逐步完善。而同時期，大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)展現(xiàn)出蓬勃活力，具有來源多元、形式豐富、應用面廣的特點。地理學作為國民經(jīng)濟發(fā)展的基石之一，其服務深度和廣度并不僅限于表面，而地質(zhì)數(shù)據(jù)正是地學研究者進行分析和評估的關鍵工具。雖然現(xiàn)在的地質(zhì)信息化已經(jīng)有了相當程度的進展，但對于地質(zhì)大數(shù)據(jù)的理解與研究仍顯不足，這就限制了地質(zhì)信息化的進一步發(fā)展。因此，文章將立足于現(xiàn)今的大數(shù)據(jù)概念及其發(fā)展趨勢，深入討論地質(zhì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和來源進行的識別，以及從客觀存在和實際使用角度挖掘出大數(shù)據(jù)特點。希望透過這些工作，能為將來的地質(zhì)大數(shù)據(jù)定義提供更深入和系統(tǒng)的解讀，并基于此剖析當前地學信息化建設的困難，提出地質(zhì)大數(shù)據(jù)未來發(fā)展思路。

地質(zhì)數(shù)據(jù)的獲取途徑

野外調(diào)查采集。野外勘測是地質(zhì)學者親歷現(xiàn)場，直接深入地理解地質(zhì)地理環(huán)境，觀察地質(zhì)活動實況，包括定點觀測、巡回檢查、制作剖面和采集樣本，同時進行相應的記錄、描繪圖表以及平面圖等工作。對于地質(zhì)研究而言，這種方式是至關重要的基礎工作，能夠提供最真實準確的地質(zhì)信息。在原始的考察辦法中，地質(zhì)錘、指南針、放大鏡是必不可少的戶外觀察工具，而記錄內(nèi)容則主要以描述性文字為主，將所有現(xiàn)場文獻保存在野外筆記簿中。隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，新的野外信息采集儀器，如野外數(shù)據(jù)采集儀相繼問世，與數(shù)字化地質(zhì)調(diào)查系統(tǒng)和智能化地質(zhì)調(diào)查系統(tǒng)相互融合，從而完成從初階到高階的電子化、組織規(guī)范化轉(zhuǎn)變，向著更高效、精確的方向繼續(xù)前進。

觀測監(jiān)測獲取。精密的觀測與監(jiān)測技術(shù)，通過專業(yè)儀器或手工操作對特定區(qū)域的地質(zhì)屬性進行定期評估并實時捕捉數(shù)據(jù)，從而準確掌握地質(zhì)環(huán)境狀態(tài)。其涵蓋范圍包括運用傳感器檢測地下水位、流速、溫度及地應力、位移、地面沉降等多種地質(zhì)災變參數(shù)，并由影像記錄地質(zhì)活動過程等領域。目前已普遍利用電子傳感設備結(jié)合網(wǎng)絡技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與傳輸，并設立專用的實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。

工程揭露采集。工程揭露技術(shù)主要采用鉆探機械與徒手挖掘方式，涵蓋了鉆探、坑探、槽探、洞探等多種手段，以揭示地表下厚重覆蓋層中的地質(zhì)結(jié)構(gòu)及其他探索需要。同時，該過程伴隨著詳細的鉆進進度、巖心分布、剖面特征記錄，以柱狀圖、剖面圖等形式進行展示。然而，隨著科技發(fā)展的日新月異，現(xiàn)今人們已經(jīng)能夠輕松地利用數(shù)字采集和繪畫技術(shù)來生成各類柱狀圖、剖面圖，此外，大量的鉆井施工數(shù)據(jù)例如轉(zhuǎn)速、溫度、泥漿密度、孔斜等也都能實現(xiàn)自動化監(jiān)測、傳輸和保存，這都得益于借助傳感器、物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)等現(xiàn)代科技工具。

分析測試獲取。通過對野外地貌樣本或鉆孔探查中的礦物標本進行全面物理與化學分析測試，能夠獲取地表物質(zhì)的特性、成分以及構(gòu)造，最終形成樣本記錄、分析結(jié)果以及處理日志。近幾年內(nèi)，隨著相關分析設備的快速發(fā)展，獲取的物理、化學性質(zhì)以及敏感度均得到顯著提升，特別值得指出的是，同位素測年技術(shù)已日益走向完善。

地球化學勘探采集。地球化學勘探基于地殼及表層物質(zhì)中化學特征的獨特性進行采樣與量化成分分析，成功制定施工規(guī)劃、測試結(jié)果以及地質(zhì)剖析報告。在科技進步的推動下，如今地球化學勘探可揭示的物質(zhì)特性已由原先的40余種擴展到超過70種，并有潛力覆蓋更廣泛的元素領域。在此過程中，檢測精度逐步提升，微量元素的測量也愈發(fā)精準。

地質(zhì)大數(shù)據(jù)的特點

地質(zhì)數(shù)據(jù)具備深遠的應用價值。作為地質(zhì)勘查單位與地質(zhì)學家的珍貴財富，地質(zhì)數(shù)據(jù)的應用范圍十分廣闊。地質(zhì)工作在經(jīng)濟、社會發(fā)展中起到舉足輕重的先導和基礎作用，是決定經(jīng)濟建設走向及長期建設全程的關鍵因素。其成果不僅滿足了我國能源資源安全的需求，助力生態(tài)文明建設，預防災害，還在服務于海洋強國，新型城市化，工業(yè)、農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化以及重大工程等多個領域以及軍事國防建設等方面發(fā)揮著積極作用。因此有理由認為，地質(zhì)數(shù)據(jù)具有無法估量的廣泛應用價值。

地質(zhì)數(shù)據(jù)具有獨特的再利用價值。根據(jù)地史記載，地球存在約46億年，而地質(zhì)現(xiàn)象的變化相對人類的生活則顯得極為緩慢。除了偶發(fā)的構(gòu)造變動、火山爆發(fā)以及地質(zhì)災害之外，大多數(shù)地質(zhì)現(xiàn)象的演變均以萬年乃至百萬年為計量單位。然而，我國大規(guī)模的有據(jù)可考的地質(zhì)調(diào)查工作至今僅進行了不足百年。相較于地質(zhì)體的研究，這些年代因素可以被忽視。地質(zhì)學家們在某地進行勘察時，特別關注已有地質(zhì)資料的收集與研究，這使得地質(zhì)學比其他領域更注重數(shù)據(jù)的再利用。由于人類對地質(zhì)認知能力的限制及探測手段的局限，人們對地下物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)和演化規(guī)律的了解極少，甚至只能推測和猜測，猶如盲人摸象。因此，地質(zhì)工作往往需要反復進行同一區(qū)域的調(diào)查研究，以便更好地了解并深入認識。其中，原始的野外或現(xiàn)場采集的地質(zhì)數(shù)據(jù)最為珍貴，它們只是客觀詳細地描繪了地質(zhì)現(xiàn)象。而經(jīng)過處理過的數(shù)據(jù)，如工作進程中的衍生數(shù)據(jù)，雖然也具有一定意義，但因其包含了部分個人主觀推斷，通常只用于參考。

地質(zhì)數(shù)據(jù)獨具時空特性。所有地質(zhì)數(shù)據(jù)都以特定地點的地質(zhì)特征或性質(zhì)為主，都附有明確的空間坐標，而唯有將具體位置予以詳細記錄的地質(zhì)數(shù)據(jù)才有其科學價值。在這其中，地質(zhì)體的地質(zhì)演進過程及其相應的地質(zhì)年代皆為地質(zhì)數(shù)據(jù)中的重要組成部分。地理信息數(shù)據(jù)同樣具有豐富的時空特性，與地質(zhì)數(shù)據(jù)以及其他各類型地學數(shù)據(jù)共享同一性。

地質(zhì)數(shù)據(jù)具有較大的局限性、多解性和模糊性。鑒于地球遼闊，地質(zhì)人員得以實地考察、施工和取樣的地點極其有限，因此他們所得出的地下狀況理解存在很大偏頗且具局限性，頻繁出現(xiàn)的現(xiàn)象則為“一孔之見”。諸如地球物理探測與遙感在內(nèi)的各種探測技術(shù)，都依賴于物性和光性的反演推斷，但其可信度和精度往往受到事實認證的限制，因此這些方法實測得到的地質(zhì)認知同樣具有多解性。此外，地球被視為一個有機整體，地質(zhì)研究必須結(jié)合地球體系科學觀點來深入理解，然而由于野外獲取數(shù)據(jù)的不足以及各類間接手段解讀數(shù)據(jù)時的多解性，使得基于綜合研究得出的最終結(jié)果（即成果數(shù)據(jù)）具有較明顯的模糊性。這也是為何人們在地質(zhì)報告中經(jīng)常看到使用“推測”“可能”“估算”等模糊措辭的原因。

地質(zhì)大數(shù)據(jù)的發(fā)展方向

多年來，地質(zhì)大數(shù)據(jù)所面臨的挑戰(zhàn)包括：開放共享困難、應用效益低且缺乏大規(guī)模應用，這主要源于多個源頭的數(shù)據(jù)。首先，這種數(shù)據(jù)與特定的數(shù)據(jù)描述模型間的間隔，導致了數(shù)據(jù)的多樣性和復雜性，限制了在存儲與檢索上的效率。其次，數(shù)據(jù)生產(chǎn)者對共享的積極性較低，也限制了數(shù)據(jù)匯聚的程度。再次，挖掘和分析這些數(shù)據(jù)的難度高，使得獲取有價值的信息增加了難度。此外，數(shù)據(jù)的匯聚效率較低，尚未實現(xiàn)有效的系統(tǒng)化方法。最后，地質(zhì)大數(shù)據(jù)的大眾認知水平有限，盡管具有潛在的應用價值，但關注率并不高。為此，應加強以下幾個方面的工作，以推動地質(zhì)大數(shù)據(jù)的高質(zhì)量發(fā)展。

加強地質(zhì)數(shù)據(jù)模型研發(fā)，規(guī)范化地質(zhì)數(shù)據(jù)采編。要解決現(xiàn)有地質(zhì)數(shù)據(jù)采集的隨意性問題，提高數(shù)據(jù)規(guī)整和應用效率，國家應大力推動開發(fā)具有高度可信度的地質(zhì)數(shù)據(jù)模型，覆蓋全領域通用和專業(yè)數(shù)據(jù)類型。此外，需要制定和發(fā)布地質(zhì)數(shù)據(jù)采編規(guī)程作為行業(yè)指導性標準（如圖1），統(tǒng)一規(guī)范行業(yè)廠商地質(zhì)勘探設備和相應軟件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)表示方法，協(xié)助全社會地質(zhì)勘查機構(gòu)實現(xiàn)標準化的數(shù)據(jù)采集及成果展示。

深化大數(shù)據(jù)存儲管理研發(fā)，提升數(shù)據(jù)管理與分享能力。同時改進并完善地質(zhì)元數(shù)據(jù)標準體系，設計有效且易用的元數(shù)據(jù)收集工具。規(guī)范地質(zhì)多元數(shù)據(jù)的編制流程，搜集并妥善修改已有元數(shù)據(jù)，進一步加強數(shù)據(jù)的鞏固工作。綜合考慮各類地質(zhì)數(shù)據(jù)的特性和格式、數(shù)量等因素，創(chuàng)新性地構(gòu)建混合式數(shù)據(jù)庫架構(gòu)（如圖2），并實行在線和離線的雙重數(shù)據(jù)管理策略，以期有效地管理地質(zhì)大數(shù)據(jù)。

深化地質(zhì)大數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化轉(zhuǎn)化探索，提升處理高效性。當前，多數(shù)紙質(zhì)地質(zhì)文獻已實現(xiàn)數(shù)字化，但仍以非結(jié)構(gòu)化語言描述或圖像形式存在，處理效率較低。針對已掃描的地質(zhì)報告，通過精密的文字識別技術(shù)將其轉(zhuǎn)換為文本格式，并創(chuàng)建相應的表格文件。對于類似文檔，應用自然語言智能識別技術(shù)，依據(jù)地質(zhì)數(shù)據(jù)描述模型對文本進行識別與信息抽取，最終生成結(jié)構(gòu)化的表述數(shù)據(jù)。同時，對掃描后的圖像數(shù)據(jù)進行地質(zhì)屬性的精準識別，建立矢量圖形文件。以上相關研究技術(shù)已然成型，可有效支持大規(guī)模的批量化處理工作。

深化地質(zhì)大數(shù)據(jù)整合分析，提高其利用率和效益。遵循大數(shù)據(jù)理論與方法，致力于推進地質(zhì)數(shù)據(jù)的深度融合，創(chuàng)造出具有爆發(fā)力的數(shù)據(jù)“火花”，或者碰撞出新的觀點。而在進行數(shù)據(jù)碰撞之前，務必保證數(shù)據(jù)間坐標和時間基準的一致性，數(shù)據(jù)描述的精細度或可比性的高相符度，在此基礎上加強地質(zhì)大數(shù)據(jù)的研究及資料整理。同時，深入解析成礦模型、找礦模型以及地質(zhì)演化模型等，最終構(gòu)建相應的業(yè)務模式、數(shù)據(jù)模型及算法。此外，運用先進的機器學習技術(shù)，進一步提高地質(zhì)大數(shù)據(jù)的深層挖掘和分析應用。

綜上，我國已累計形成獨具價值的地質(zhì)數(shù)據(jù)，堪稱重要的自然與國家大數(shù)據(jù)寶庫。地質(zhì)工作作為構(gòu)建社會活動及經(jīng)濟穩(wěn)健發(fā)展的基石，其所提供的地質(zhì)數(shù)據(jù)兼?zhèn)鋾r空特性以及大數(shù)據(jù)的關鍵特征，且呈現(xiàn)出明顯的行業(yè)特色，具備廣泛的應用潛能。同時，建立健全地質(zhì)大數(shù)據(jù)服務產(chǎn)品分級管理體制，提升地質(zhì)大數(shù)據(jù)的融合處理效率，加大業(yè)務分析模型建設力度，構(gòu)建完整的地質(zhì)大數(shù)據(jù)體系，以增強我國地質(zhì)大數(shù)據(jù)在國際社會中的影響力。

[作者單位：河北省區(qū)域地質(zhì)調(diào)查院（河北省地學旅游研究中心）]