地質大數據的特點與發展方向

趙靜儀

地質數據是地質工作記錄及其成果體現的關鍵，文章基于地質數據的來源，對獲取地質數據的途徑進行了分析，并對地質大數據的特點進行了闡述，同時提出了地質大數據建設的發展方向，以供相關人士參考。

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

地質數據的獲取途徑

野外調查采集。野外勘測是地質學者親歷現場，直接深入地理解地質地理環境，觀察地質活動實況，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信息。在原始的考察辦法中，地質錘、指南針、放大鏡是必不可少的戶外觀察工具，而記錄內容則主要以描述性文字為主，將所有現場文獻保存在野外筆記簿中。隨著信息技術的不斷發展，新的野外信息采集儀器，如野外數據采集儀相繼問世，與數字化地質調查系統和智能化地質調查系統相互融合，從而完成從初階到高階的電子化、組織規范化轉變，向著更高效、精確的方向繼續前進。

觀測監測獲取。精密的觀測與監測技術，通過專業儀器或手工操作對特定區域的地質屬性進行定期評估并實時捕捉數據，從而準確掌握地質環境狀態。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災變參數，并由影像記錄地質活動過程等領域。目前已普遍利用電子傳感設備結合網絡技術實現數據采集與傳輸，并設立專用的實時數據庫系統。

工程揭露采集。工程揭露技術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結構及其他探索需要。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，隨著科技發展的日新月異，現今人們已經能夠輕松地利用數字采集和繪畫技術來生成各類柱狀圖、剖面圖，此外，大量的鉆井施工數據例如轉速、溫度、泥漿密度、孔斜等也都能實現自動化監測、傳輸和保存，這都得益于借助傳感器、物聯網、互聯網等現代科技工具。

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，能夠獲取地表物質的特性、成分以及構造，最終形成樣本記錄、分析結果以及處理日志。近幾年內，隨著相關分析設備的快速發展，獲取的物理、化學性質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，成功制定施工規劃、測試結果以及地質剖析報告。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精準。

地質大數據的特點

地質數據具備深遠的應用價值。作為地質勘查單位與地質學家的珍貴財富，地質數據的應用范圍十分廣闊。地質工作在經濟、社會發展中起到舉足輕重的先導和基礎作用，是決定經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，助力生態文明建設，預防災害，還在服務于海洋強國，新型城市化，工業、農業現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揮著積極作用。因此有理由認為，地質數據具有無法估量的廣泛應用價值。

地質數據具有獨特的再利用價值。根據地史記載，地球存在約46億年，而地質現象的變化相對人類的生活則顯得極為緩慢。除了偶發的構造變動、火山爆發以及地質災害之外，大多數地質現象的演變均以萬年乃至百萬年為計量單位。然而，我國大規模的有據可考的地質調查工作至今僅進行了不足百年。相較于地質體的研究，這些年代因素可以被忽視。地質學家們在某地進行勘察時，特別關注已有地質資料的收集與研究，這使得地質學比其他領域更注重數據的再利用。由于人類對地質認知能力的限制及探測手段的局限，人們對地下物質組成、結構和演化規律的了解極少，甚至只能推測和猜測，猶如盲人摸象。因此，地質工作往往需要反復進行同一區域的調查研究，以便更好地了解并深入認識。其中，原始的野外或現場采集的地質數據最為珍貴，它們只是客觀詳細地描繪了地質現象。而經過處理過的數據，如工作進程中的衍生數據，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。

地質數據獨具時空特性。所有地質數據都以特定地點的地質特征或性質為主，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數據才有其科學價值。在這其中，地質體的地質演進過程及其相應的地質年代皆為地質數據中的重要組成部分。地理信息數據同樣具有豐富的時空特性，與地質數據以及其他各類型地學數據共享同一性。

地質數據具有較大的局限性、多解性和模糊性。鑒于地球遼闊，地質人員得以實地考察、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，頻繁出現的現象則為“一孔之見”。諸如地球物理探測與遙感在內的各種探測技術，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認知同樣具有多解性。此外，地球被視為一個有機整體，地質研究必須結合地球體系科學觀點來深入理解，然而由于野外獲取數據的不足以及各類間接手段解讀數據時的多解性，使得基于綜合研究得出的最終結果（即成果數據）具有較明顯的模糊性。這也是為何人們在地質報告中經?？吹绞褂谩巴茰y”“可能”“估算”等模糊措辭的原因。

地質大數據的發展方向

多年來，地質大數據所面臨的挑戰包括：開放共享困難、應用效益低且缺乏大規模應用，這主要源于多個源頭的數據。首先，這種數據與特定的數據描述模型間的間隔，導致了數據的多樣性和復雜性，限制了在存儲與檢索上的效率。其次，數據生產者對共享的積極性較低，也限制了數據匯聚的程度。再次，挖掘和分析這些數據的難度高，使得獲取有價值的信息增加了難度。此外，數據的匯聚效率較低，尚未實現有效的系統化方法。最后，地質大數據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，以推動地質大數據的高質量發展。

加強地質數據模型研發，規范化地質數據采編。要解決現有地質數據采集的隨意性問題，提高數據規整和應用效率，國家應大力推動開發具有高度可信度的地質數據模型，覆蓋全領域通用和專業數據類型。此外，需要制定和發布地質數據采編規程作為行業指導性標準（如圖1），統一規范行業廠商地質勘探設備和相應軟件系統的數據表示方法，協助全社會地質勘查機構實現標準化的數據采集及成果展示。

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

深化地質大數據結構化轉化探索，提升處理高效性。當前，多數紙質地質文獻已實現數字化，但仍以非結構化語言描述或圖像形式存在，處理效率較低。針對已掃描的地質報告，通過精密的文字識別技術將其轉換為文本格式，并創建相應的表格文件。對于類似文檔，應用自然語言智能識別技術，依據地質數據描述模型對文本進行識別與信息抽取，最終生成結構化的表述數據。同時，對掃描后的圖像數據進行地質屬性的精準識別，建立矢量圖形文件。以上相關研究技術已然成型，可有效支持大規模的批量化處理工作。

深化地質大數據整合分析，提高其利用率和效益。遵循大數據理論與方法，致力于推進地質數據的深度融合，創造出具有爆發力的數據“火花”，或者碰撞出新的觀點。而在進行數據碰撞之前，務必保證數據間坐標和時間基準的一致性，數據描述的精細度或可比性的高相符度，在此基礎上加強地質大數據的研究及資料整理。同時，深入解析成礦模型、找礦模型以及地質演化模型等，最終構建相應的業務模式、數據模型及算法。此外，運用先進的機器學習技術，進一步提高地質大數據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數據，堪稱重要的自然與國家大數據寶庫。地質工作作為構建社會活動及經濟穩健發展的基石，其所提供的地質數據兼備時空特性以及大數據的關鍵特征，且呈現出明顯的行業特色，具備廣泛的應用潛能。同時，建立健全地質大數據服務產品分級管理體制，提升地質大數據的融合處理效率，加大業務分析模型建設力度，構建完整的地質大數據體系，以增強我國地質大數據在國際社會中的影響力。

[作者單位：河北省區域地質調查院（河北省地學旅游研究中心）]