DDE-岩浆岩数据库初步构建与应用

21世纪是大数据的时代,数据、模型驱动下的科学研究新范式与知识发现成为当今科学领域的新态势。本文介绍了在“深时数字地球”(Deep-time Digital Earth,DDE)国际大科学计划框架下构建的DDE-岩浆岩数据库。该数据库以“数据+编图+研究”三位一体的建库思路,基于岩浆岩知识体系,构建了岩浆岩数据库,包括后台服务(云端)、网站(Web端)和科研工作平台(桌面端)。数据主要来源于公开发表的文献、研究团队测试、实验室测试数据等,涉及全球重要造山带、克拉通及部分海洋(大洋钻探数据)等。此外,还设立了22个地域性、学科性专题数据库。数据类型为岩浆岩岩石类型、产状、空间位置等基本信息,以及年代学、地球化学、(Sr-Nd-Hf-Pb-O)同位素及非传统(或新兴)同位素数据。与国际最常用的有关数据库相比,本数据库具有以下优势:(1)“数-图-文”三位一体的设计思路,拥有编图和研究平台;(2)以研究为导向,组织构建了22个专题数据库,更多一线专家参与数据库建设,在某些地域和领域(如中亚、非传统同位素等)形成优势;(3)对数据都尽可能挖掘和补充了年龄、经纬度等时空信息;(4)创建了学科专家可以依据新的发展和需求及时调整数据库结构的技术与功能,而不需要重新编程;(5)有强大的DDE平台支持,为与国际有关数据库互联互通提供了有利条件。最后,利用DDE-岩浆岩数据库的核心数据(年代学、同位素等),对复杂大陆拼合过程、地壳生长、地球深部物质组成架构与演化等重大地球科学问题进行了探索并取得了一些进展,说明该数据库将对推动数据驱动的岩浆岩研究具有重要意义。

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。

揭示三维岩石圈物质架构的技术方法体系框架

长期以来,岩石圈深部探测主要依赖地球物理手段和深部钻探,缺乏深部物质探测技术。对深部物质的了解也主要局限于两种途径:一类是地球物理推测方法,依据地表获得的深部岩石的物性测定,解释或推测深部物质的某些特征;另一类是捕虏体方法(Xenolith-based methodology),直接获取深部物质信息。本文重点探索的第三种途径,即充分利用地表出露的岩浆岩,通过岩石探针和同位素填图,示踪深部物源(物质)特征。特别是利用大数据分析和数字填图,了解深部物质三维架构及四维演变。在此基础上,总结上述三种途径,构建较完整的以岩石探针和同位素填图为核心的揭示岩石圈三维物质组成架构的方法体系。研究显示,在岩相学研究的基础上,通过系统开展Sr、Nd、Hf、Pb等多元同位素示踪填图,结合地球物理资料,可有效揭示岩石圈深部物质组成架构。通过中亚增生造山带(北疆)、青藏高原碰撞造山带(冈底斯-三江)和华北-扬子克拉通三个典型大地构造单元关键地区的实践,显示多元同位素示踪深部物质的一致性和有效性,以及同位素填图结果与地球物理探测结果的对应性。基于这些成果,笔者初步提出了揭示岩石圈三维物质组成架构的方法体系框架。该方法体系具有良好应用前景,有望成为与地球物理探测相结合和匹配的深部物质架构探测技术,为规范开展深部物质架构探测、物质演变过程及深部动力学过程研究提供技术支撑。

黄海海域FY4A卫星温湿廓线适用性分析

为了解FY4A卫星数据产品用于大气波导研究的可行性,利用2019年1月至3月FY4A卫星温度及比湿数据与岸基探空站采集的温湿廓线数据进行对比分析,从偏差、均方根误差等方面评估了二者数据间的差异。结果显示:在温度数据上,FY4A卫星温度数据与探空数据相比,偏差的均值区间为-2.35℃~1.35℃,均方根误差区间为2.11℃~4.73℃;在比湿数据对比上,FY4A卫星数据与探空数据相比,偏差的均值区间为-0.02g/kg~0.35g/kg,均方根误差区间为0.31g/kg~0.51g/kg;大气折射率偏差的均值区间为0.48N~5.50N,均方根误差区间为2.75N~7.14N。

Web-Based Data Management and Sharing System for Electron Proke Micro-analysis

This paper proposes a useful web-based system for the management and sharing of electron probe micro-analysis( EPMA)data in geology. A new web-based architecture that integrates the management and sharing functions is developed and implemented.Earth scientists can utilize this system to not only manage their data,but also easily communicate and share it with other researchers.Data query methods provide the core functionality of the proposed management and sharing modules. The modules in this system have been developed using cloud GIS technologies,which help achieve real-time spatial area retrieval on a map. The system has been tested by approximately 263 users at Jilin University and Beijing SHRIMP Center. A survey was conducted among these users to estimate the usability of the primary functions of the system,and the assessment result is summarized and presented.