大數(shù)據(jù)時(shí)代：地質(zhì)學(xué)的挑戰(zhàn)與機(jī)遇

翟明國(guó) 楊樹(shù)鋒 陳寧華 陳漢林

1 浙江大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院 杭州 310027 2 中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所 北京 100012

地質(zhì)學(xué)是研究地球如何演化的自然科學(xué)，以固體巖石圈為主要研究對(duì)象，探討地球各圈層的物質(zhì)組成、內(nèi)部構(gòu)造、外部特征、各層圈之間的相互作用和演變歷史。地質(zhì)學(xué)的產(chǎn)生源于人類(lèi)社會(huì)對(duì)石油、煤炭、金屬、非金屬等礦產(chǎn)資源的需求，隨著社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展，人類(lèi)活動(dòng)對(duì)地球的影響越來(lái)越大，地質(zhì)環(huán)境對(duì)人類(lèi)的制約作用也越來(lái)越明顯。如何合理有效地利用地球資源、維護(hù)人類(lèi)生存的環(huán)境，已成為當(dāng)今世界所共同關(guān)注的問(wèn)題。因此，地質(zhì)學(xué)研究領(lǐng)域進(jìn)一步拓展到研究地球資源的合理利用、資源與環(huán)境和人-地和諧的可持續(xù)性發(fā)展。

地質(zhì)學(xué)是通過(guò)對(duì)自然現(xiàn)象的觀察，發(fā)現(xiàn)觀測(cè)數(shù)據(jù)中內(nèi)在的規(guī)律性，其本質(zhì)上是一門(mén)信息學(xué)科，是典型的數(shù)據(jù)密集型科學(xué)。21 世紀(jì)以來(lái)，隨著地球信息探測(cè)技術(shù)的日新月異，獲取數(shù)據(jù)的能力不斷提高，積累的地球觀測(cè)數(shù)據(jù)呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)到 2020 年全球數(shù)據(jù)總量將達(dá)到 40 ZB[1]。多元、多維、多源、異構(gòu)、時(shí)空性、方向性、相關(guān)性、隨機(jī)性、模糊性、時(shí)空不均勻性和過(guò)程的非線(xiàn)性是地質(zhì)大數(shù)據(jù)的特點(diǎn)。地質(zhì)大數(shù)據(jù)與一般大數(shù)據(jù)有相似之處，但也存在顯著差別，大數(shù)據(jù)給地質(zhì)學(xué)帶來(lái)了前所未有的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。

當(dāng)前，大數(shù)據(jù)正在影響著人類(lèi)生活，改變著人類(lèi)認(rèn)識(shí)和研究世界的思維方式[2]。大數(shù)據(jù)時(shí)代，數(shù)據(jù)密集型知識(shí)發(fā)現(xiàn)成為繼理論科學(xué)、實(shí)驗(yàn)科學(xué)和計(jì)算科學(xué)后科學(xué)研究的第四范式。2008 年、2011 年 Nature 和 Science 分別出版了大數(shù)據(jù)研究的專(zhuān)刊。大數(shù)據(jù)研究成為各國(guó)關(guān)注和優(yōu)先發(fā)展的國(guó)家戰(zhàn)略性技術(shù)。作為國(guó)家大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略的重要組成部分，地質(zhì)大數(shù)據(jù)的應(yīng)用研究方興未艾?！秶?guó)土資源“十三五”科技創(chuàng)新發(fā)展規(guī)劃》指出，要強(qiáng)化地學(xué)基礎(chǔ)研究，開(kāi)展地球深部過(guò)程與動(dòng)力學(xué)、地球環(huán)境演化與生命過(guò)程、礦產(chǎn)資源和化石能源形成機(jī)理研究，加強(qiáng)地球關(guān)鍵帶過(guò)程與功能、全球環(huán)境變化與地球圈層相互作用、人類(lèi)活動(dòng)對(duì)環(huán)境影響、重大災(zāi)害形成機(jī)理研究，深化地學(xué)大數(shù)據(jù)與地球系統(tǒng)知識(shí)發(fā)現(xiàn)研究。云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術(shù)的興起，使信息技術(shù)滲透方式與處理方法及應(yīng)用模式發(fā)生變革、地質(zhì)研究中多系統(tǒng)聯(lián)合與結(jié)合成為可能[3]。

利用地質(zhì)學(xué)與大數(shù)據(jù)的結(jié)合，開(kāi)展對(duì)地質(zhì)數(shù)據(jù)的綜合研究和應(yīng)用，拓展了地質(zhì)學(xué)的認(rèn)知空間，提升了獲取地質(zhì)學(xué)新知識(shí)的能力。相比大氣科學(xué)、海洋科學(xué)、遙感科學(xué)以及全球變化等地學(xué)大數(shù)據(jù)的研究，地質(zhì)學(xué)大數(shù)據(jù)的研究起步較晚，由于缺乏頂層設(shè)計(jì)和基本規(guī)劃，地質(zhì)大數(shù)據(jù)中心建設(shè)薄弱。本文著眼于我國(guó)未來(lái)地質(zhì)學(xué)發(fā)展，在分析地質(zhì)大數(shù)據(jù)特點(diǎn)及國(guó)內(nèi)地質(zhì)大數(shù)據(jù)研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，闡述地質(zhì)大數(shù)據(jù)擬研究的前沿科學(xué)問(wèn)題，提出了未來(lái)中國(guó)地質(zhì)大數(shù)據(jù)發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)，探討了地質(zhì)學(xué)大數(shù)據(jù)發(fā)展的主要內(nèi)容和解決途徑。

1 地質(zhì)大數(shù)據(jù)的特點(diǎn)

地質(zhì)大數(shù)據(jù)是通過(guò)露頭地質(zhì)觀測(cè)、勘查工程、地球物理探測(cè)、地球化學(xué)探測(cè)、遙感和物理測(cè)試、化學(xué)分析等手段采集到的一種科學(xué)大數(shù)據(jù)[4]，涉及地球從內(nèi)到外的各個(gè)圈層，涉及地球形成與演化的歷史，涉及地球的物質(zhì)組成及其變化，涉及礦產(chǎn)資源的形成、勘查與開(kāi)發(fā)利用，涉及人類(lèi)環(huán)境的破壞與修復(fù)等[5]。

地質(zhì)大數(shù)據(jù)具有傳統(tǒng)大數(shù)據(jù)的“4V”特性，即數(shù)據(jù)量大（volume）、類(lèi)型繁多（variety）、速度快時(shí)效高（velocity）、價(jià)值密度低（value），同時(shí)還具有科學(xué)大數(shù)據(jù)的“三高”特點(diǎn)，即高維度（high dimension）、高計(jì)算復(fù)雜性（high complexity）和高不確定性（high uncertainty），且由于地質(zhì)對(duì)象的發(fā)展演化時(shí)空范圍龐大、地質(zhì)作用影響因素眾多，這種高維度、高計(jì)算復(fù)雜性和高不確定性特點(diǎn)則更加顯著。地質(zhì)大數(shù)據(jù)的特點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下 4 個(gè)方面。

1.1 多源（元）異構(gòu)性

地質(zhì)數(shù)據(jù)的采集平臺(tái)和手段繁多，不同手段獲取的數(shù)據(jù)也具有不同的數(shù)據(jù)組織管理形式。例如：野外露頭描述數(shù)據(jù)、鉆孔巖芯描述數(shù)據(jù)、各種地質(zhì)報(bào)告文檔數(shù)據(jù)，以及大量野外填圖、素描和照片，遙感獲取的影像數(shù)據(jù)，地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)獲得實(shí)時(shí)點(diǎn)位數(shù)據(jù)等。有的數(shù)據(jù)是以紙質(zhì)形式存儲(chǔ)和管理，有的經(jīng)過(guò)結(jié)構(gòu)化轉(zhuǎn)換匯聚 GIS 并入庫(kù)存儲(chǔ)。不同的數(shù)據(jù)組織方式形成了不同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，對(duì)同一地質(zhì)本體的描述也因空間基準(zhǔn)和時(shí)空尺度存在差異而形成語(yǔ)義鴻溝。不同的數(shù)據(jù)采集方法，多角度的描述，造成了地質(zhì)大數(shù)據(jù)的嚴(yán)重異構(gòu)和多模態(tài)。

1.2 時(shí)空相關(guān)性

由于地質(zhì)體、地質(zhì)結(jié)構(gòu)、地質(zhì)資源、地質(zhì)環(huán)境和地質(zhì)災(zāi)害通常占據(jù)龐大的空間范圍且伴隨長(zhǎng)時(shí)序的發(fā)展演化，地質(zhì)大數(shù)據(jù)的“時(shí)間維”具有長(zhǎng)期性和階段性的復(fù)雜特點(diǎn)，是其他地球科學(xué)數(shù)據(jù)不具備的。

地質(zhì)數(shù)據(jù)高度的時(shí)空特性體現(xiàn)在兩方面：① 地質(zhì)對(duì)象本身具有特定的地質(zhì)年代，地質(zhì)學(xué)研究也具有明顯的區(qū)域性，在特定時(shí)段、特定區(qū)域內(nèi)的研究對(duì)象往往帶有明顯的差異化特征。② 地質(zhì)數(shù)據(jù)用來(lái)描述某一時(shí)間點(diǎn)在特定位置的對(duì)象的屬性，這種固有屬性在獲取數(shù)據(jù)時(shí)就已經(jīng)產(chǎn)生。地質(zhì)數(shù)據(jù)的時(shí)間尺度可從分秒橫跨至數(shù)十萬(wàn)年，再加上描述其空間位置的坐標(biāo)系、投影參數(shù)以及探測(cè)精度、基本粒度的變化，則進(jìn)一步增加了地質(zhì)數(shù)據(jù)的復(fù)雜度。因此，脫離了時(shí)間、空間的地質(zhì)數(shù)據(jù)是沒(méi)有意義的，在涉及地質(zhì)大數(shù)據(jù)的融合分析時(shí)也要將其劃歸到統(tǒng)一的時(shí)空基準(zhǔn)下。

1.3 復(fù)雜性與模糊性

地球是一個(gè)復(fù)雜的巨系統(tǒng)，地質(zhì)數(shù)據(jù)的參與在一定程度上降低了該系統(tǒng)的復(fù)雜度，使建模和求解成為可能。然而由于地球各圈層因素相互作用，各類(lèi)地質(zhì)過(guò)程本身具有高度的復(fù)雜性，人類(lèi)對(duì)于許多地質(zhì)規(guī)律的解釋和結(jié)論還存在爭(zhēng)議。再加上地質(zhì)數(shù)據(jù)對(duì)描述對(duì)象的定量化困難，決定了地質(zhì)數(shù)據(jù)分析、建模和計(jì)算的困難程度。大數(shù)據(jù)的技術(shù)取向之一是“重關(guān)聯(lián)不重因果”，我們不可能僅通過(guò)數(shù)據(jù)就搞清楚地質(zhì)現(xiàn)象發(fā)生的機(jī)理，且采集全球樣本數(shù)據(jù)到現(xiàn)階段還無(wú)法實(shí)現(xiàn)，因此地質(zhì)大數(shù)據(jù)分析的結(jié)果大多是模糊不確定的[6]。

1.4 地質(zhì)體的全球性與國(guó)家利益

地質(zhì)體和地質(zhì)單元的分布不以國(guó)家界限為界限，地質(zhì)資源的分布不以國(guó)家和人口的需求而分布。這就造成“國(guó)家利益”干預(yù)造成的全球數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)的困難。

2 地質(zhì)大數(shù)據(jù)研究進(jìn)展

總體來(lái)看，我國(guó)地質(zhì)大數(shù)據(jù)研究還處于起步階段。一方面，許多人質(zhì)疑大數(shù)據(jù)對(duì)于地球科學(xué)這一門(mén)觀察學(xué)科的適用性，另一方面，多數(shù)研究人員還未意識(shí)到積累數(shù)據(jù)、共享數(shù)據(jù)的重要性，這在一定程度上阻礙了地質(zhì)大數(shù)據(jù)的發(fā)展[7]。此外，大數(shù)據(jù)研究追求的“相關(guān)性”研究與科學(xué)研究中的“因果性”知識(shí)發(fā)現(xiàn)存在巨大矛盾，這對(duì)科學(xué)家們的思維方式轉(zhuǎn)變提出了挑戰(zhàn)[8]。綜合近年來(lái)的研究成果，國(guó)內(nèi)地質(zhì)大數(shù)據(jù)研究現(xiàn)狀可以歸結(jié)為以下 3 點(diǎn)。

2.1 地質(zhì)大數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)管理

地質(zhì)學(xué)發(fā)展至今積累了大量的地質(zhì)資料數(shù)據(jù)，隨著地球信息探測(cè)技術(shù)的迅速發(fā)展，又有源源不斷的新的地質(zhì)數(shù)據(jù)快速產(chǎn)生。地質(zhì)大數(shù)據(jù)不僅有定性、定量數(shù)據(jù)，還包括文字說(shuō)明，甚至是地質(zhì)圖件或者是地質(zhì)工作者在工作中留下的視頻、音頻文件等資料，而長(zhǎng)期的目錄文件存儲(chǔ)方式極大地降低了數(shù)據(jù)查詢(xún)、檢索、統(tǒng)計(jì)、更新、挖掘等操作效率，導(dǎo)致數(shù)據(jù)服務(wù)能力低下[3]。因此，構(gòu)建一套能夠有效地實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)一體化、靜態(tài)數(shù)據(jù)與動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)一體化、地質(zhì)數(shù)據(jù)與地質(zhì)模型一體化存儲(chǔ)管理的地質(zhì)信息系統(tǒng)，對(duì)于完成海量地質(zhì)資料穩(wěn)定、高效地存放與讀取就顯得十分重要[4]。

目前已有學(xué)者提出進(jìn)利用云平臺(tái)、Hadoop 和 NoSQL等技術(shù)，借鑒實(shí)時(shí) GIS 時(shí)空數(shù)據(jù)模型[9]，實(shí)現(xiàn)對(duì)地質(zhì)時(shí)空大數(shù)據(jù)模型的動(dòng)態(tài)管理。Hadoop 是目前大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與處理的標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái)，可以通過(guò) MapReduce 支持大規(guī)模數(shù)據(jù)的并行處理。而 NoSQL 數(shù)據(jù)庫(kù)使用分布式節(jié)點(diǎn)集動(dòng)態(tài)處理負(fù)載。采用分布式文件系統(tǒng)技術(shù)可以對(duì)地質(zhì)大數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)并提高數(shù)據(jù)的容錯(cuò)能力與可靠性[10]。例如中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局發(fā)展研究中心國(guó)土資源部地質(zhì)信息技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研發(fā)的中國(guó)地質(zhì)調(diào)查云平臺(tái)，就是在這種框架下建立的非結(jié)構(gòu)化地質(zhì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)組織模式，通過(guò)改變非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、閱讀、搜索和應(yīng)用模式，為智能地質(zhì)調(diào)查提供精確、快速服務(wù)奠定了基礎(chǔ)[11]。

2.2 地質(zhì)大數(shù)據(jù)的挖掘分析

大數(shù)據(jù)時(shí)代下的 3 個(gè)重要技術(shù)取向是：要全體不要抽樣；要效率不要絕對(duì)精確；要關(guān)聯(lián)不要因果[7]。這迫使我們從數(shù)據(jù)的類(lèi)型、數(shù)據(jù)運(yùn)維以及大數(shù)據(jù)帶來(lái)的挑戰(zhàn)性這 3 個(gè)維度重新思考數(shù)據(jù)分析。周永章等[12]認(rèn)為大數(shù)據(jù)與數(shù)學(xué)地球科學(xué)的核心應(yīng)用技術(shù)應(yīng)該包括高維數(shù)據(jù)降維、圖像數(shù)據(jù)處理、無(wú)限數(shù)據(jù)流挖掘、機(jī)器學(xué)習(xí)、關(guān)聯(lián)規(guī)則算法與推薦系統(tǒng)算法等。

數(shù)據(jù)挖掘是指從大量數(shù)據(jù)中通過(guò)算法搜索其隱藏信息的過(guò)程[13]。相較于數(shù)據(jù)檢索和信息提取，數(shù)據(jù)挖掘需要基于大數(shù)據(jù)和知識(shí)庫(kù)的智能推理的理論和技術(shù)支撐[14]。地質(zhì)大數(shù)據(jù)挖掘就是從數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)中找尋隱含的特征和規(guī)律，并應(yīng)用在地質(zhì)規(guī)律研究、成礦預(yù)測(cè)、資源評(píng)價(jià)、環(huán)境保護(hù)和地災(zāi)防治領(lǐng)域的過(guò)程。該過(guò)程需要利用涉及到人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)、模式識(shí)別、歸納推理、統(tǒng)計(jì)學(xué)、數(shù)據(jù)庫(kù)、高性能計(jì)算、數(shù)據(jù)可視化等相關(guān)方法和技術(shù)手段，在多主題、多模態(tài)的地質(zhì)數(shù)據(jù)中自動(dòng)或半自動(dòng)地獲取新的可被理解的知識(shí)，從而為地質(zhì)專(zhuān)題研究和應(yīng)用提供決策。

目前，數(shù)字地質(zhì)的任務(wù)就是大力推動(dòng)地質(zhì)科學(xué)的數(shù)據(jù)挖掘和數(shù)據(jù)分析方法的更新。如何從規(guī)模巨量，但價(jià)值密度偏低的大數(shù)據(jù)中有效地挖掘提取信息是當(dāng)下地質(zhì)大數(shù)據(jù)研究中擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題。地質(zhì)大數(shù)據(jù)分析的關(guān)鍵技術(shù)主要是對(duì)多源（元）異構(gòu)的地質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析。其中包括對(duì)結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的相關(guān)性分析，對(duì)半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的信息提取和結(jié)合非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)作為以上數(shù)據(jù)處理結(jié)果的驗(yàn)證分析。此外，物聯(lián)網(wǎng)、虛擬現(xiàn)實(shí)、云計(jì)算等技術(shù)興起，使得基于互聯(lián)網(wǎng)的地質(zhì)數(shù)據(jù)資源共享平臺(tái)的研制成為可能，也為復(fù)雜地學(xué)計(jì)算提供了條件。將云計(jì)算、人工智能融入地質(zhì)大數(shù)據(jù)挖掘與分析已經(jīng)成為新的發(fā)展趨勢(shì)。例如，有學(xué)者借鑒了大數(shù)據(jù)思維，利用貝葉斯網(wǎng)絡(luò)探尋礦床的成因機(jī)制，從而構(gòu)建大數(shù)據(jù)-智能礦床成礦與找礦模型[15]，推動(dòng)從“數(shù)字地質(zhì)”到“智能地質(zhì)”的革命。

2.3 地質(zhì)大數(shù)據(jù)的應(yīng)用服務(wù)

地質(zhì)大數(shù)據(jù)不僅改變了地質(zhì)學(xué)家研究科學(xué)問(wèn)題的思維范式，也給以數(shù)據(jù)分析為基礎(chǔ)的地質(zhì)行業(yè)帶來(lái)了技術(shù)革新。地質(zhì)大數(shù)據(jù)在各領(lǐng)域數(shù)據(jù)化水平的提高，有效地打通了信息孤島，使定量化分析能夠進(jìn)一步推進(jìn)。地質(zhì)大數(shù)據(jù)的應(yīng)用服務(wù)主要體現(xiàn)在以下 5 個(gè)方面。

（1）基礎(chǔ)地質(zhì)調(diào)查?！秶?guó)土資源“十三五”科技創(chuàng)新發(fā)展規(guī)劃》指出要推進(jìn)數(shù)字地質(zhì)調(diào)查系統(tǒng)向智能化方向發(fā)展，逐步實(shí)現(xiàn)地質(zhì)數(shù)據(jù)快速采集、實(shí)時(shí)匯聚、高效分析處理與建模，推動(dòng)大數(shù)據(jù)技術(shù)支撐下的智能地質(zhì)調(diào)查和服務(wù)模式創(chuàng)新，深化地質(zhì)填圖、礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查、油氣地質(zhì)調(diào)查、海岸帶綜合地質(zhì)調(diào)查等領(lǐng)域的應(yīng)用。

如何將分布式的數(shù)據(jù)云存儲(chǔ)、云管理和云服務(wù)體系應(yīng)用在我國(guó)各類(lèi)基礎(chǔ)地質(zhì)調(diào)查數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)海量、碎片化、非結(jié)構(gòu)化與多樣性的數(shù)據(jù)高效快速存儲(chǔ)，是大數(shù)據(jù)時(shí)代基礎(chǔ)地質(zhì)調(diào)查研究的熱點(diǎn)[16]。此外，我國(guó)正在開(kāi)展數(shù)字地質(zhì)調(diào)查，中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局開(kāi)發(fā)的“地質(zhì)云 1.0”已經(jīng)在 2017 年正式發(fā)布并上線(xiàn)服務(wù)。該系統(tǒng)面向各類(lèi)地質(zhì)調(diào)查專(zhuān)業(yè)人員提供基礎(chǔ)地質(zhì)、礦產(chǎn)地質(zhì)、水工環(huán)地質(zhì)、海洋地質(zhì)等多類(lèi)專(zhuān)業(yè)數(shù)據(jù)共享服務(wù)；面向社會(huì)公眾提供多類(lèi)地質(zhì)信息產(chǎn)品服務(wù)。升級(jí)完善的智能地質(zhì)調(diào)查系統(tǒng)已在基礎(chǔ)地質(zhì)和礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查領(lǐng)域示范應(yīng)用。

（2）國(guó)土資源管理。國(guó)土資源部門(mén)在多年的信息化建設(shè)實(shí)踐中積累了海量的土地?cái)?shù)據(jù)，進(jìn)而提出了國(guó)土資源全尺度數(shù)據(jù)整合與大數(shù)據(jù)構(gòu)建技術(shù)。2016 年國(guó)土資源部提出要持續(xù)完善國(guó)土資源“一張圖”數(shù)據(jù)資源體系，構(gòu)建統(tǒng)一的國(guó)土資源數(shù)據(jù)共享和開(kāi)放平臺(tái)。其中大數(shù)據(jù)采集與分析技術(shù)成為構(gòu)建決策支持系統(tǒng)、智庫(kù)信息化工作平臺(tái)，逐步形成信息化條件下的新型“互聯(lián)網(wǎng)+”智庫(kù)運(yùn)行體系的重要技術(shù)手段，對(duì)于提升國(guó)土資源宏觀調(diào)控、管理監(jiān)測(cè)、形勢(shì)分析、政策評(píng)估、輿情分析等領(lǐng)域具有重要的決策支持能力。

（3）地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)。以物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)技術(shù)為支撐，從海量地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)中充分挖掘數(shù)據(jù)的潛在信息價(jià)值，并結(jié)合多軌道、多尺度和多時(shí)相的遙感環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)，建立智能化的地質(zhì)災(zāi)害、地下水、礦山地質(zhì)環(huán)境、地面沉降、水土環(huán)境、地質(zhì)遺跡等調(diào)查、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和預(yù)警預(yù)報(bào)系統(tǒng)，從而加強(qiáng)對(duì)災(zāi)害發(fā)生趨勢(shì)的研判和預(yù)測(cè)，強(qiáng)化實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與預(yù)警，用數(shù)據(jù)的力量防治地質(zhì)災(zāi)害。

（4）礦產(chǎn)資源勘查。礦產(chǎn)資源是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展所需的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，而礦產(chǎn)資源預(yù)測(cè)是資源發(fā)現(xiàn)與勘察中的指導(dǎo)性工作。以往專(zhuān)業(yè)人員都是在一定的理論和方法指導(dǎo)下，憑借已有的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)并采用定性或定量的方法進(jìn)行預(yù)測(cè)找礦。而隨著礦產(chǎn)資源預(yù)測(cè)理論的不斷進(jìn)步，以及地學(xué)信息與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、3S 技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、三維建模及可視化技術(shù)等的有機(jī)融合，對(duì)于認(rèn)識(shí)新的成礦規(guī)律意義重大。這種方法從地質(zhì)科學(xué)相關(guān)的海量數(shù)據(jù)中進(jìn)行挖掘，對(duì)各種礦床類(lèi)型進(jìn)行多維度、多特征的描述和建模，從而代替由少量參數(shù)構(gòu)成的預(yù)測(cè)模型，實(shí)現(xiàn)了地質(zhì)理論和實(shí)際問(wèn)題解決、數(shù)學(xué)應(yīng)用和數(shù)學(xué)模型研究與信息技術(shù)應(yīng)用三結(jié)合的礦產(chǎn)資源預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)[17]。此外，大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)下的成礦預(yù)測(cè)理論的出現(xiàn)，進(jìn)一步催生了大量以空間數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)的三維可視化軟件系統(tǒng)和礦產(chǎn)資源預(yù)測(cè)系統(tǒng)，為智慧找礦奠定了基礎(chǔ)[18]。

（5）三維可視化。數(shù)據(jù)可視化是描述、表達(dá)和理解各種半結(jié)構(gòu)化甚至非結(jié)構(gòu)化問(wèn)題的關(guān)系和模型的最佳方法和手段[19]。以地質(zhì)空間大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，結(jié)合三維可視化、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等，針對(duì)地質(zhì)體和地質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維動(dòng)態(tài)可視化建模，則可構(gòu)成“玻璃地球”，幫助科研人員分析、預(yù)測(cè)、評(píng)估和決策。以數(shù)字礦山技術(shù)發(fā)展為例，三維可視化技術(shù)能夠更加生動(dòng)地展示礦山地質(zhì)地貌的信息，清楚地反映礦體賦存狀態(tài)[20]，從而綜合、動(dòng)態(tài)地指導(dǎo)研究人員進(jìn)行礦體定位與成礦預(yù)測(cè)工作。

3 結(jié)語(yǔ)

大數(shù)據(jù)時(shí)代給地質(zhì)學(xué)的發(fā)展帶來(lái)了機(jī)遇和挑戰(zhàn)。一方面，地質(zhì)大數(shù)據(jù)為我們?nèi)娓兄?、了解地球打開(kāi)了新的圖景，也為地質(zhì)科學(xué)的知識(shí)發(fā)現(xiàn)、科技創(chuàng)新提供了新的手段和途徑。另一方面，由于地質(zhì)大數(shù)據(jù)具有科學(xué)大數(shù)據(jù)的“三高”特點(diǎn)，給大數(shù)據(jù)的挖掘和利用提出了難題。此外，數(shù)據(jù)交流、共享機(jī)制的不成熟也成為地質(zhì)大數(shù)據(jù)研究發(fā)展的阻礙之一。如何建立高效的大數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)，推動(dòng)具有大數(shù)據(jù)源的各個(gè)學(xué)科協(xié)同研究是今后要解決的重要問(wèn)題。我國(guó)地質(zhì)大數(shù)據(jù)的研究還處于起步階段，但它的重要戰(zhàn)略意義和發(fā)展應(yīng)用前景都應(yīng)該得到肯定。為此，提出加快我國(guó)地質(zhì)大數(shù)據(jù)建設(shè)進(jìn)程的 3 點(diǎn)建議。

（1）推動(dòng)“地質(zhì)+大數(shù)據(jù)”人才培養(yǎng)體系的建立。

高校要應(yīng)對(duì)大數(shù)據(jù)時(shí)代的挑戰(zhàn)，建立地質(zhì)大數(shù)據(jù)人才培養(yǎng)方案。呼吁教育部和科技部加大對(duì)地質(zhì)大數(shù)據(jù)項(xiàng)目的支持，以項(xiàng)目育人才，培育出既有扎實(shí)的地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)，同時(shí)熟悉算法開(kāi)發(fā)、數(shù)據(jù)建模及數(shù)據(jù)架構(gòu)，并且能夠勝任地質(zhì)大數(shù)據(jù)系統(tǒng)研發(fā)、地質(zhì)大數(shù)據(jù)挖掘與分析、地質(zhì)大數(shù)據(jù)應(yīng)用開(kāi)發(fā)等工作的學(xué)科交叉型專(zhuān)業(yè)人才。

（2）加快地質(zhì)大數(shù)據(jù)共享交流平臺(tái)的建立。數(shù)據(jù)的自由流通和共建共享是發(fā)揮數(shù)據(jù)資源價(jià)值的關(guān)鍵。目前大多地質(zhì)數(shù)據(jù)資源建設(shè)都由重大科研項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)，有一定的項(xiàng)目實(shí)施周期，其數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)也存在著功能單一、檢索效率低下、數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)不一等缺點(diǎn)，造成系統(tǒng)平臺(tái)數(shù)據(jù)流通性、可用性較差。應(yīng)由國(guó)家層面的專(zhuān)門(mén)機(jī)構(gòu)協(xié)調(diào)構(gòu)建由高校、科研院所和地質(zhì)生產(chǎn)單位共同參與的地質(zhì)大數(shù)據(jù)中心，在保護(hù)國(guó)家利益的前提下，加快構(gòu)建規(guī)范統(tǒng)一的地質(zhì)大數(shù)據(jù)共享交流平臺(tái)，推動(dòng)地質(zhì)大數(shù)據(jù)的研究與應(yīng)用。

（3）地質(zhì)學(xué)家和地質(zhì)工作人員的思維變革?？茖W(xué)大數(shù)據(jù)已成為科學(xué)研究的重要途徑，數(shù)據(jù)密集型科學(xué)范式也已逐漸被接受。地質(zhì)學(xué)家和廣大地質(zhì)工作人員應(yīng)該抓住歷史契機(jī)，擁抱大數(shù)據(jù)，改變經(jīng)驗(yàn)的傳統(tǒng)思維模式，以新的態(tài)度看待數(shù)據(jù)，以新的思維方式利用數(shù)據(jù)，從中獲取新知識(shí)，創(chuàng)造新價(jià)值。