大數(shù)據(jù)驅(qū)動下的數(shù)字古地理重建：現(xiàn)狀與展望

張 蕾，鐘瀚霆 ，2*，陳安清 ，2，趙應(yīng)權(quán)，2，黃可可，2，李鳳杰，2，黃 虎 ，2，劉 宇，2，曹海洋 ，2，祝圣賢，穆財(cái)能 ，侯明才，2，JAMES G.Ogg，3

1.成都理工大學(xué)沉積地質(zhì)研究院，成都610059；2.油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（成都理工大學(xué)），成都610059；3.普渡大學(xué)大氣與行星科學(xué)學(xué)院，西拉斐特47907

數(shù)據(jù)已滲透到社會生產(chǎn)和生活的各個領(lǐng)域（翟明國等，2018），成為重要的生產(chǎn)要素和戰(zhàn)略資源（懷進(jìn)鵬，2013）。人們對海量數(shù)據(jù)的挖掘（Che et al.，2013）和利用，帶來了產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的變革及科學(xué)研究范式的創(chuàng)新（Hey et al.，2009；Kitchin，2014；張旗和周永章，2017）。地球科學(xué)作為典型的數(shù)據(jù)密集型學(xué)科，同樣面臨著前所未有的挑戰(zhàn)與機(jī)遇。通過與大數(shù)據(jù)思維相結(jié)合，地球科學(xué)不僅可以極大拓展認(rèn)知空間，提升獲取新信息新知識的能力，同時還可為能源礦產(chǎn)調(diào)查、環(huán)境資源利用以及防災(zāi)減災(zāi)等社會生產(chǎn)和公共服務(wù)提供創(chuàng)新活力。隨著地學(xué)大數(shù)據(jù)不斷爆發(fā)式增長，如何將大數(shù)據(jù)與地球科學(xué)更深入更全面地結(jié)合，讓不斷產(chǎn)生的海量地學(xué)數(shù)據(jù)更好地為地球科學(xué)服務(wù)，成為業(yè)內(nèi)必需面對的問題。

在這樣的時代背景下，由中國科學(xué)家發(fā)起和主導(dǎo)，并由國際最大的地學(xué)學(xué)術(shù)組織——國際地質(zhì)科學(xué)聯(lián)合會（IUGS）批準(zhǔn)的第一個國際大科學(xué)計(jì)劃——“深時數(shù)字地球”（Deep-time Digital Earth，DDE），應(yīng)運(yùn)而生。DDE計(jì)劃以整合地球演化的全球數(shù)據(jù)、共享全球地學(xué)知識為使命，力求推動地球科學(xué)研究范式的變革。該計(jì)劃將以固體地球?yàn)閷ο?，運(yùn)用大數(shù)據(jù)研究的科學(xué)范式，聚焦于數(shù)十億年地球演化、生命起源、礦產(chǎn)成礦與油氣富集機(jī)制等核心基礎(chǔ)科學(xué)問題，重建精確的地球演化歷史，構(gòu)建全球地質(zhì)構(gòu)造與工程地質(zhì)條件，精準(zhǔn)識別全球資源與能源礦產(chǎn)的宏觀分布規(guī)律，更加準(zhǔn)確地預(yù)測全球氣候變化與人類的未來，實(shí)現(xiàn)地球系統(tǒng)科學(xué)的重大突破（Wang et al.，2019）。

古地理學(xué)作為地質(zhì)學(xué)的重要分支，著眼于研究地質(zhì)歷史時期地球表面的地理、生物、氣候面貌及其演化規(guī)律，范圍涉及大地構(gòu)造學(xué)、古地磁學(xué)、巖石學(xué)、沉積學(xué)、古海洋學(xué)、古生物學(xué)、古氣候?qū)W等多學(xué)科，對還原構(gòu)造沉積歷史、識別礦產(chǎn)能源分布、預(yù)測生物氣候演變具有重要指導(dǎo)意義（陳洪德等，2017；Hou et al.，2018）。在大數(shù)據(jù)時代，隨著海量數(shù)據(jù)的不斷積累與新技術(shù)的相繼誕生，古地理學(xué)又該如何把握機(jī)遇，實(shí)現(xiàn)新的突破？

為回答這一問題，本文通過系統(tǒng)介紹、剖析國內(nèi)外已有的部分古地理相關(guān)數(shù)據(jù)庫及研究團(tuán)隊(duì)，提出在大數(shù)據(jù)驅(qū)動下進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化、智能化數(shù)字古地理重建的思路與面臨的挑戰(zhàn)，為未來DDE計(jì)劃整合全球海量古地理數(shù)據(jù)、建設(shè)相關(guān)數(shù)據(jù)平臺提供經(jīng)驗(yàn)。

1 國內(nèi)外與古地理相關(guān)的數(shù)據(jù)庫及團(tuán)隊(duì)

國際上以歐美科學(xué)家為主導(dǎo)已經(jīng)實(shí)施了若干項(xiàng)與地球科學(xué)相關(guān)的重大科學(xué)計(jì)劃。國際科聯(lián)（ISC）、國際地科聯(lián)（IUGS）均已將“數(shù)字技術(shù)革命”納入戰(zhàn)略目標(biāo)。美國國家科學(xué)基金會（NSF）在2017年正式建立專項(xiàng)基金，用于投資“影響美國未來領(lǐng)導(dǎo)力的十大思想”，第三項(xiàng)即為“抓住數(shù)據(jù)革命時機(jī)”。NSF計(jì)算機(jī)信息科學(xué)工程學(xué)部和地球科學(xué)學(xué)部聯(lián)合發(fā)起地球科學(xué)領(lǐng)域的EarthCube計(jì)劃，其使命為構(gòu)建地球科學(xué)數(shù)據(jù)的先進(jìn)平臺，提高地球科學(xué)家獲取、共享、分析地球科學(xué)數(shù)據(jù)及相關(guān)資源的能力，進(jìn)而理解并預(yù)測復(fù)雜演化的地球系統(tǒng)。此外，各類學(xué)會和組織發(fā)起的地球科學(xué)大數(shù)據(jù)平臺建設(shè)也如火如荼，如GEOROC、EarthChem、Auscope、Macrostrat、One geology等。

近年來，各類與古地理相關(guān)的數(shù)據(jù)庫及平臺也相繼建立，如個人或團(tuán)隊(duì)開發(fā)的PALEOMAP、CEED、EarthByte、TSCreator、Deep Time Maps等；各類商業(yè)公司數(shù)據(jù)庫如IHSMarkit、Neftex、Frogtech、CGG等；以及各國政府或官方學(xué)術(shù)組織建立的包含大量古地理信息的各類綜合數(shù)據(jù)庫?，F(xiàn)介紹部分具有代表性的古地理相關(guān)數(shù)據(jù)庫。

1.1 PALEOMAP Project

PALEOMAP Project （http://www.scotese.com）由現(xiàn)兼職于美國西北大學(xué)的Christopher R.Scotese教授領(lǐng)銜，相關(guān)古地理重建工作始于20世紀(jì)70年代，其網(wǎng)站被美國科學(xué)教師聯(lián)合會和科學(xué)美國人等評為全球最有影響力的科學(xué)網(wǎng)站之一。

PALEOMAP Project的核心目標(biāo)是闡明洋盆和大陸的板塊構(gòu)造演化，以及過去11億年來陸地和海洋的分布變化（Chatterjee et al.，2013）。其基本方法包括兩部分：（1）利用古地磁數(shù)據(jù)、線性磁異常數(shù)據(jù)、古生物地理學(xué)、古氣候?qū)W、區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造史重建板塊構(gòu)造模型；（2）綜合多種古地理古氣候記錄，確定關(guān)鍵造山帶、海岸線等地貌地理單元，根據(jù)地貌的基本原理和規(guī)律，作合理的近似推斷，進(jìn)而重建山脈、平原、淺海和洋盆的分布與變遷（圖1）。

PALEOMAP Project是最早利用計(jì)算機(jī)技術(shù)開展古地理重建的項(xiàng)目之一，開發(fā)了基于地理信息系統(tǒng)（GIS）的古地理重建軟件ESH-GIS1.0（ArcView）（第一個地球歷史地理信息系統(tǒng)），以及面向公眾的手機(jī)APP軟件ESH-GIS 2.0（ArcView）（具有46個時間斷面，帶有免費(fèi)的、重建的空間資料開放格式）。此外，PALEOMAP Project和Earth in Motion Technologies共同開發(fā)了可在ArcView 3.0下運(yùn)行的Paleo-GIS程序，能夠演示全球范圍從前寒武紀(jì)（750 Ma）到現(xiàn)代的板塊構(gòu)造重建。通過近40年的積累，PALEOMAP Project面向公眾的具體產(chǎn)品是非常多元化的，主要包括：

圖1 板塊構(gòu)造重建的十項(xiàng)證據(jù)（據(jù)Scotese，2017修改）Fig.1 The ten lines of evidence that are used to make plate tectonic reconstructions(revised after Scotese,2017)

（1）地球歷史（Earth History）和氣候歷史（Climate History）圖集

地球歷史圖集是一系列顯示古山脈、古海岸線、活動板塊邊界以及古氣候帶范圍的全彩色古地理圖。可依據(jù)選擇的時間段呈現(xiàn)不同時期地球的面貌；

氣候歷史圖集討論了地球氣候?yàn)槭裁匆约叭绾坞S時間變化?？梢罁?jù)選擇的時間段呈現(xiàn)不同時期的全球氣候分布圖；或通過氣候動畫展示地球的氣候帶是如何隨著時間而變化的。

（2）ipad及iphone應(yīng)用——古代地球：盤古大陸的裂解（Ancient Earth:Breakup of Pangea）

用戶可通過訪問網(wǎng)站www.ancient-earth.com或從App Store搜索古代地球（Ancient earth），體驗(yàn)一個可擴(kuò)展、可旋轉(zhuǎn)、完全交互式的古地球動畫系統(tǒng)，用以探索板塊構(gòu)造和地球歷史。

（3）三維可移動古地球儀（3D movable Paleoglobes）

用戶可選擇不同地球歷史時期，以多角度旋轉(zhuǎn)并查看交互式3D虛擬地球。目前可供選擇的時間段包括：現(xiàn)代、20 Ma、65 Ma、80 Ma、120 Ma、140 Ma、200 Ma和280 Ma。

（4）三維古地理動畫（3D Paleogeographic Animations）

提供了白堊紀(jì)末期、白堊紀(jì)、早二疊世和中泥盆世的三維地形和水深模型可視化樣本。

（5）未來地圖集（Future Maps）

可依據(jù)選擇的時間段呈現(xiàn)對未來大陸分布的預(yù)測，包括“終極盤古大陸”（推測形成于250 Ma以后）的形成（圖2）。

1.2 CEED

CEED（The Centre for Earth Evolution and Dynamics， https://www.mn.uio.no/ceed/english/） 地球演化及動力學(xué)中心是由挪威奧斯陸大學(xué)數(shù)學(xué)與自然科學(xué)學(xué)院創(chuàng)建的一個跨學(xué)科研究中心，其核心組成包括Trond H.Torsvik領(lǐng)銜的Earth Dynamics團(tuán)隊(duì)，匯集了板塊構(gòu)造、地幔動力學(xué)、古地理重建、古地磁和行星科學(xué)等多學(xué)科背景的科學(xué)家。

CEED的愿景是通過研究板塊動力學(xué)、大規(guī)模火山活動的起源、氣候演變以及生物大滅絕等事件，生成一個全新的地球模型，該模型將解釋地幔活動如何與板塊構(gòu)造相互作用，并在整個地球歷史時期引發(fā)大規(guī)模的火山作用以及相關(guān)的環(huán)境和氣候變化。

圖2 250Ma后的“似盤古大陸”（據(jù)PlatetectonicmapsandContinentaldriftanimationsbyC.R.Scotese,PALEOMAPProject.www.scotese.com改）Fig.2 +250Millionyearsinthefuture—“PangeaProxima”（revisedafterPlatetectonicmapsandContinentaldriftanimationsbyC.R.Scotese,PALEOMAPProject.www.scotese.com）

CEED的研究主要集中于六個主題，具體包括：

（1）深部地球：物質(zhì)、構(gòu)造、動力學(xué)

地球動力學(xué)過程影響了地球的演變（圖3）。CEED將探索地表的火山活動及其變形，以及地幔與地核之間的聯(lián)系機(jī)制。

該主題的目的是在地幔系統(tǒng)中探索板塊運(yùn)動模型（Torsvik et al.，2008），該模型考慮了550 Ma以來地幔中俯沖物質(zhì)的積累，以及在超級地幔柱（LLSVP）邊緣形成的羽狀流模型，從而進(jìn)一步探討地幔和地核的演化、結(jié)構(gòu)和動力學(xué)，以及它們在整個地幔邊界上的相互作用。

（2）動態(tài)地球：板塊運(yùn)動和地球歷史

固體地球的上層是不斷運(yùn)動的巖石圈，深地幔的活動可改變巖石圈，還可影響地球上的氣候和生命。地表的歷史可以通過研究威爾遜旋回來揭示。CEED力求檢驗(yàn)的主要假設(shè)是地球上構(gòu)造板塊的運(yùn)動與地幔動力學(xué)密切相關(guān)，而地?！獛r石圈活動驅(qū)動著地球生命的重大變化。此外，CEED還將探索火山事件、陸地和海洋的分布及地球的自轉(zhuǎn)，以找出它們隨著時間影響氣候的規(guī)律（圖4）。

（3）地球危機(jī)：大火成巖省、生物大滅絕、環(huán)境變化

在整個地質(zhì)歷史中，地球曾多次面臨大氣中溫室氣體濃度過高的時期，這些時期與大火成巖省的發(fā)育時期一致。CEED探索火山作用對全球氣候快速變化和生物大規(guī)模滅絕的影響。

圖3 深部地球模型（據(jù)Reidar，2010修改）Fig.3 Deep Earth model(revised after Reidar,2010)

圖4 二疊紀(jì)—三疊紀(jì)界線時期（約2.5億年前）陸地、陸架、淺水和深海盆地的全球分布（據(jù)https://www.mn.uio.no/ceed/english/）Fig.4 Global distribution of land masses,shelf area,shallow water and deep oceanic basins at the Permian-Triassic boundary time(ca.250 million years ago)(revised after https://www.mn.uio.no/ceed/english/)

CEED旨在開展研究，以彌合地質(zhì)過程、數(shù)據(jù)指標(biāo)和過去環(huán)境危機(jī)后果之間的鴻溝。CEED重點(diǎn)關(guān)注諸如巖漿環(huán)境、巖漿通量、LIP的年齡和持續(xù)時間以及相關(guān)邊界事件等參數(shù)，也研究LIP和環(huán)境變化之間的聯(lián)系，且會探索為什么有些LIP顯然與邊界事件不相關(guān)的原因。CEED致力于研究的問題包括:大火成巖省、全球變暖、滅絕機(jī)制、地球化學(xué)旋回和古環(huán)境。

（4）地球與其他：比較行星學(xué)

大陸碰撞、火山活動和大型海洋盆地的形成等是地球進(jìn)化史中的典型事件。CEED具有地形觀測、行星磁場、重力及隕石相關(guān)的知識。CEED想要了解地球和其他類地行星之間的異同點(diǎn)。CEED需要檢驗(yàn)的主要假設(shè)是，可以在相同的框架內(nèi)，使用不同的參數(shù)來理解地球和行星的動力學(xué)過程。一個基本的問題是，為什么地球似乎是唯一具有板塊構(gòu)造的類地行星。CEED從大量的隕石坑數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)并完善行星演化的時間范圍，通過修改地球模型來探索與內(nèi)部過程相關(guān)的行星表面演化。

（5）地球建模：地球動力學(xué)的數(shù)值模型

數(shù)值模擬是研究地球演化和動力學(xué)的主要工具。CEED研究人員利用代碼、程序和數(shù)據(jù)庫，執(zhí)行從簡單的二維軸對稱研究到大規(guī)模并行的四維全球模擬的數(shù)值模型，其首要任務(wù)是將構(gòu)造板塊重建整合到全球四維地球動力學(xué)和氣候模型中。CEED旨在開發(fā)經(jīng)濟(jì)高效的建模和可視化平臺，用以重建地球。

（6）地球?qū)嶒?yàn)室：古地磁及巖石磁學(xué)

古地磁學(xué)是地球物理學(xué)的一門學(xué)科，通過測量巖石中保存的剩余磁性來研究地球磁場的歷史。古地磁在很大程度上依賴于巖石磁學(xué)的發(fā)展，巖石磁學(xué)研究了巖石的磁特性和剩磁的過程。隨著地磁的變化，古地磁數(shù)據(jù)使研究人員能夠估計(jì)在地核液體中產(chǎn)生的主磁場的方向、強(qiáng)度和磁極，因?yàn)樗S地質(zhì)時間的變化而變化。該記錄主要用于約束遠(yuǎn)古地質(zhì)時期的古地理、板塊運(yùn)動和極地漂移。CEED旨在利用古地磁學(xué)作為研究工具，以整合古地理構(gòu)造并建立板塊運(yùn)動的參考框架。

1.3 EarthByte

EarthByte （https://www.earthbyte.org/） 于 2002年在悉尼大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院成立，是一個由多所澳大利亞大學(xué)、國際卓越中心和企業(yè)合作形成的國際領(lǐng)先的數(shù)字地球科學(xué)聯(lián)盟，由悉尼大學(xué)的R.Dietmar Mülle教授領(lǐng)銜，包括軟件開發(fā)小組、動力地形小組、古氣候小組、板塊重建小組和深部過程小組。其基本目標(biāo)是綜合地質(zhì)時空數(shù)據(jù)，將不同的地質(zhì)與地球物理數(shù)據(jù)融合為包括構(gòu)造、地球動力和地表過程在內(nèi)的四維地球模型。

EarthByte的主要內(nèi)容包括板塊運(yùn)動學(xué)、全球和區(qū)域地球動力學(xué)、構(gòu)造地質(zhì)學(xué)、太古代地球動力學(xué)、古氣候模擬、盆地演化和地表過程與構(gòu)造的聯(lián)系、地球空間信息科學(xué)。開發(fā)了目前應(yīng)用最為廣泛的古地理重建開源軟件Gplates（Müller et al.，2018）。該軟件是一款交互式的可視化桌面軟件，結(jié)合了板塊構(gòu)造重建（Scotese et al.，1988）、地理信息系統(tǒng)(GIS)功能和光柵數(shù)據(jù)可視化。Gplates可以在Windows、Linux和MacOS X上運(yùn)行。通過Gplates門戶可下載軟件、教程、兼容的數(shù)據(jù)文件和光柵文件，用戶免費(fèi)使用只需注明引用。數(shù)據(jù)文件包括：旋轉(zhuǎn)模型、海岸線、大陸形態(tài)、洋-陸邊界、流徑線、熱點(diǎn)、巖漿巖和火山巖分布、古地磁數(shù)據(jù)、洋脊擴(kuò)張等；光柵文件包括：全球地貌、重力異常、垂直重力梯度、磁性異常、地質(zhì)圖、地殼厚度等。

自2008年以來，地質(zhì)數(shù)據(jù)通過開源和跨平臺的GPlates軟件（圖5）構(gòu)建起靈活開放的板塊構(gòu)造和古地理重建系統(tǒng)，新的數(shù)字地球模型覆蓋了10多億年來的地球歷史。重要的是，利用CitcomS等工具將古地理重建與地幔流動的數(shù)值模型聯(lián)系起來，這提高了板塊重建場景的可測試性。這些時間演化的4D地球模型也為板塊—地幔系統(tǒng)在超大陸周期中的演化提供了啟示。基于GPlates軟件的古地理重建還可以探討全球變化問題，如洋中脊生成和大洋板塊俯沖進(jìn)入地幔的再循環(huán)過程如何驅(qū)動全球尺度地表地形和海平面變化等。

EarthByte的數(shù)字模型資源中與古地理相關(guān)的數(shù)據(jù)集包括：

（1） The Intracontinental basin（ICONS） 地圖集（Heine et al.，2008）。ICONS圖集是240多個陸內(nèi)沉積盆地的數(shù)據(jù)集合，顯示了地殼結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，計(jì)算的延伸因子和構(gòu)造沉降網(wǎng)格及其衍生物以及給定盆地的動態(tài)地形演化；

（2）中新世古地貌和古地理測量數(shù)據(jù)集（Herold et al.，2008）。該數(shù)據(jù)集包括有模型調(diào)整和無模型調(diào)整部分；

（3）全球古生物學(xué)數(shù)據(jù)庫和顯生宙板塊運(yùn)動模型（Wright et al.，2013）；

（4） Paleoshoreline 數(shù) 據(jù) 集 （Heine et al.，2015）。地圖表示地質(zhì)歷史時期陸地和海洋的分布，為評估非構(gòu)造垂直地殼運(yùn)動（如地幔對流驅(qū)動的動態(tài)地形）對大陸平臺洪水歷史的貢獻(xiàn)提供了極好的解釋。到目前為止，這些數(shù)據(jù)尚未面向全球提供；

（5） Paleo Atlas for GPlates （Scotese et al.，2016）。用于GPlates的Paleo Atlas由91張古地理地圖組成，這些地圖在時間尺度上跨越晚新元古代至顯生宙；

（6） 古地理數(shù)據(jù)集 （Cao et al.，2017）。以shapefile、GPML和GeoTiff格式提供，這些文件格式可以在GPlates中可視化；

（7）古數(shù)字高程模型（PaleoDEM）資源數(shù)據(jù)集（Scotese and Wright，2018）。PaleoDEM是古地理和古生態(tài)測量的數(shù)字表示，其已被“重建”回時間上，可被用來制作詳細(xì)的古地理圖。

此外，EarthByte還有動態(tài)地形、全球和區(qū)域板塊運(yùn)動模型（Müller et al.，2019）、板塊構(gòu)造和古地磁等方面的數(shù)據(jù)資源可供用戶下載。Earth-Byte團(tuán)隊(duì)是當(dāng)前古地理重建的創(chuàng)新模范，提倡數(shù)據(jù)共享、軟件開源和數(shù)字地球可視化等先進(jìn)理念，在卓越的學(xué)術(shù)研究、廣泛的合作精神和軟件基礎(chǔ)設(shè)施開發(fā)方面獲得了廣泛認(rèn)同。

圖5 板塊運(yùn)動模型（據(jù)Müller et al.,2019修改）Fig.5 Plate motion model(revised after Müller et al.,2019)

1.4 TSCreator

TSCreator（Time Scale Creator， https://timescalecreator.org/index/index.php）是由美國普渡大學(xué)James George Ogg教授開發(fā)的一個基于JAVA可視化軟件包的地球時間標(biāo)尺數(shù)據(jù)庫和可視化圖表系統(tǒng)。它能夠從地球歷史時期的全球或區(qū)域事件中探索和創(chuàng)建任意地質(zhì)時間尺度的圖表。除了具有交互式彈出窗口的屏幕顯示外，TSCreator還可以導(dǎo)出PDF、SVG、PNG或JPEG格式的圖表。TSCreator已開發(fā)出可視化接口和數(shù)據(jù)端口，在與學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的地層學(xué)家、古生物學(xué)家以及國際地層學(xué)委員會的多次地質(zhì)調(diào)查合作中不斷得到完善。

TSCreator的內(nèi)部數(shù)據(jù)庫主要涵蓋顯生宙以來5.5億年的地球歷史時期，其數(shù)據(jù)庫包括超過300個地層柱和50000多個關(guān)于海平面、穩(wěn)定同位素、生物、地磁和地球歷史及其他方面（包括月球和火星）的事件或數(shù)據(jù)點(diǎn)。除了這些內(nèi)部數(shù)據(jù)集之外，用戶還可以下載與合并24個專業(yè)數(shù)據(jù)包中的任何一個（例如，由澳大利亞地球科學(xué)編纂的所有澳大利亞盆地的生物地層和地質(zhì)歷史，或一套中國的綜合地層柱）。在支持的數(shù)據(jù)庫中，事件的地質(zhì)年齡和地球歷史圖通過它們間的相互關(guān)系和標(biāo)準(zhǔn)化的地質(zhì)時間標(biāo)尺模型來校準(zhǔn)（目前為GTS2016，計(jì)劃在2020年推出GTS2020）。

TSCreator的主要功能包括：（1）屏幕顯示（圖6）。用戶可選擇時間跨度和地質(zhì)時間尺度信息（古生物、古地磁、海平面、地球化學(xué)、其他行星等），可以更改選中的列的垂直比例、列寬、字體、顏色、標(biāo)題、排序、范圍等圖表選項(xiàng)和許多其他功能。鼠標(biāo)激活的彈出窗口提供有關(guān)列和事件的其他信息。（2）保存。將最終圖形保存為SVG（可縮放矢量圖形）或PDF文件，以便直接導(dǎo)入Adobe Illustrator或其他常用繪圖軟件。還可以保存“設(shè)置”以在屏幕上重新創(chuàng)建圖表。（3）上傳額外的數(shù)據(jù)包、區(qū)域地質(zhì)和樣帶、高分辨率同位素，古代文化事件等；另外，還能創(chuàng)建并上傳自己的數(shù)據(jù)集。在上傳此類數(shù)據(jù)包之后，Pro版本允許保存關(guān)聯(lián)的圖形文件，并重新保存合并的數(shù)據(jù)集。

1.5 IHS Markit公司“Energy&Natural Resource”部門

IHS Markit（https://ihsmarkit.com/index.html）于2014年1月16日注冊成立，總部位于英國倫敦，包括5000多名分析師、數(shù)據(jù)科學(xué)家、財(cái)務(wù)專家和行業(yè)專家，是全球具有領(lǐng)先地位的關(guān)鍵信息、產(chǎn)品、解決方案和服務(wù)供應(yīng)商，客戶遍布全球100多個國家和地區(qū)。IHS數(shù)據(jù)訪問工具和系統(tǒng)為用戶的IHS數(shù)據(jù)訂閱提供基于web和桌面的訪問，幫助用戶推進(jìn)關(guān)鍵工作流程，選擇、檢索、整合和可視化相關(guān)數(shù)據(jù)，及時做出業(yè)務(wù)決策。IHS Markit的Energy&Natural Resource部門提供電力/天然氣/煤炭/可再生能源數(shù)據(jù)服務(wù)和解決方案，特別是提供石油和天然氣數(shù)據(jù)庫和軟件、能源供需預(yù)測以及全球和區(qū)域市場交易的全面數(shù)據(jù)（https://ihsmarkit.com/industry/energy.html）。它具有當(dāng)前最大的盆地和油井商業(yè)數(shù)據(jù)庫，是全球數(shù)字古地理重建潛在的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)合作伙伴。

圖6 TSCreator的默認(rèn)地層信息列表（包括年代地層、磁性地層、生物地層的國際標(biāo)準(zhǔn)劃分）及全球重建Fig.6 Default set of stratigraphic information（including international divisions on chronostratigraphy,magnetostratigraphy and biostratigraphy） and global paleogeographic reconstructions

IHS Markit的油藏和盆地服務(wù)提供世界上最有效的油藏和盆地的商業(yè)潛力直接分析。盆地?cái)?shù)據(jù)模塊是一個囊括全球5080多個地質(zhì)省和527個盆地的地質(zhì)數(shù)據(jù)庫，獲取盆地研究和相關(guān)地質(zhì)數(shù)據(jù)，用于全球石油系統(tǒng)和油氣遠(yuǎn)景分析，幫助用戶在油藏尺度開展風(fēng)險(xiǎn)分析，具體包括分析現(xiàn)有儲量、確定未來的探索潛力、了解每個盆地的地層、巖相和演化特征等。IHS Markit美國油井?dāng)?shù)據(jù)庫是美國最大、最全面的油井?dāng)?shù)據(jù)庫，幾乎涵蓋了1859年以來的每口鉆井和生產(chǎn)井。美國油井?dāng)?shù)據(jù)來源于監(jiān)管機(jī)構(gòu)，有時直接來源于運(yùn)營商。IHS Markit的國際油井?dāng)?shù)據(jù)庫是一個國際化的勘探與生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫模塊，包括73.9萬多口國際油井，油井?dāng)?shù)據(jù)可以追溯到19世紀(jì)初，對于所有目前活躍的油井都會及時定期更新。

1.6 Neftex

Neftex （https://www.landmark.solutions/Neftex-Insights）成立于2001年，是英國的一家石油研究顧問公司。2014年6月，Halliburton業(yè)務(wù)部門Landmark Software and Services收購了Neftex。Neftex通過提供地球科學(xué)產(chǎn)品、咨詢服務(wù)和數(shù)據(jù)管理，協(xié)助領(lǐng)先的石油、天然氣公司進(jìn)行勘探工作。Neftex的產(chǎn)品提供了全球地球構(gòu)造地層歷史和相關(guān)資源潛力的視圖，以及一些關(guān)于構(gòu)造地層分析和盆地篩選等方面的解決方案，這些解決方案提供了對地球上每個潛在盆地的區(qū)域地質(zhì)和石油系統(tǒng)的詳細(xì)數(shù)據(jù)，為新風(fēng)險(xiǎn)勘探提供了關(guān)鍵工具。

Neftex是全球搜索領(lǐng)域的專家，以發(fā)現(xiàn)和解釋地球科學(xué)信息為主。集成的Neftex全球產(chǎn)品組合可提供數(shù)據(jù)、知識和建議，以幫助客戶降低其勘探和投資活動中的地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)。自成立以來，Landmark已成為集成勘探與生產(chǎn)軟件和服務(wù)的領(lǐng)先供應(yīng)商；建立了第一個交互式3D地震解釋工作站。

在Neftex中，按學(xué)科瀏覽可分為地球科學(xué)、地質(zhì)力學(xué)、巖石物理學(xué)等，也能查看深水、非常規(guī)天然氣等資料和區(qū)域地球模型等內(nèi)容。Neftex還提供了有關(guān)層序地層學(xué)、分析與決策方面的信息，具體包括：

（1）層序地層學(xué)

Neftex的工作流程和解決方案以專有的全球?qū)有虻貙幽Ｐ蜑榛A(chǔ)，通過識別與海平面升降變化相關(guān)的特定表面（一種替代更模糊的巖石地層單位的方法），可以在全球范圍內(nèi)對地層進(jìn)行關(guān)聯(lián)，并獲得新的時間分辨率。

（2）更完整的分析

Neftex通過使用全球一致的模型，集成已發(fā)布的地球科學(xué)信息，可以將多個不同的數(shù)據(jù)集放在一個公共的參考框架中，并提供精確的時間上下限。數(shù)據(jù)集之間的交接意味著分析可以包含更完整的可用數(shù)據(jù)視圖，有助于增加可信度、減少不確定性，并提高對地下風(fēng)險(xiǎn)的理解程度。

（3）集成決策空間

Neftex集成決策空間（Decision Space）模塊，將如今行業(yè)領(lǐng)先的內(nèi)容以Decision Space Geosciences的格式提供。Neftex在3D環(huán)境中分析、解釋大量的地圖、鉆井和剖面，并快速集成專有數(shù)據(jù)，從而在一個平臺上有效地管理數(shù)據(jù)和交換知識。

Neftex被Landmark收購為子公司，利用板塊建模的力量深入了解石油系統(tǒng)的生態(tài)，利用全面的、行業(yè)領(lǐng)先的地球動力學(xué)模型，重建地質(zhì)數(shù)據(jù)集。重建了前寒武紀(jì)到顯生宙 （595 Ma至今）每隔100萬年的古地理，及52個關(guān)鍵時段的沉積環(huán)境和數(shù)字古高程圖，可以在QuickPlates、Paleo GIS或Gplates應(yīng)用。

1.7 各國官方地質(zhì)數(shù)據(jù)庫的古地理部分

除了學(xué)術(shù)團(tuán)體、個人和商業(yè)組織建立的各類型專業(yè)數(shù)據(jù)庫外，各國地質(zhì)調(diào)查機(jī)構(gòu)在開展地質(zhì)調(diào)查工作的過程中也積攢匯集了大量與古地理重建密切相關(guān)的大地構(gòu)造、古地磁、巖石、沉積、古海洋、古生物、古氣候等信息，并且致力于為公眾提供公開共享服務(wù)。作者調(diào)研了世界GDP排名前30的國家及地區(qū)的官方（地調(diào)局或類似機(jī)構(gòu)）地質(zhì)數(shù)據(jù)庫，并對其中部分與古地理相關(guān)的數(shù)據(jù)庫作簡要介紹：

（1）NGMD

由美國內(nèi)政部和國家合作地質(zhì)測繪計(jì)劃支持的美國聯(lián)邦地質(zhì)圖數(shù)據(jù)庫NGMD（The National GeologicMapDatabase，https://ngmdb.usgs.gov/Geolex/search）旨在開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)化地質(zhì)科學(xué)信息檔案，具有來自600多個出版商的90000多個數(shù)據(jù)和地質(zhì)圖、地形圖等地質(zhì)資料。

（2）中國巖石地層名稱基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的共享服務(wù)系統(tǒng)

中國巖石地層名稱基礎(chǔ)數(shù)據(jù)共享服務(wù)系統(tǒng)（http://geodata.geoscience.cn/ysdc/ysdc.action） 包 括巖石地層單位（群、組等）的定義、層型剖面、劃分沿革、頂?shù)捉缇€、內(nèi)部劃分及同物異名、異物同名等內(nèi)容，共收集超過13000條數(shù)據(jù)。

（3）GSJ

日本地質(zhì)調(diào)查局GSJ（GeologicalSurveyofJapan，https://www.gsj.jp/en/database/index.html）的數(shù)據(jù)庫中主要可以檢索按地質(zhì)圖編碼排列的全日本地層名稱，可通過直接點(diǎn)擊具有詳細(xì)說明的日本地圖查看或進(jìn)入地層單元查看。

（4）BGS

英國地質(zhì)調(diào)查局BGS（British Geological Survey，http://www.bgs.ac.uk/lexicon/home.cfm）作為公共部門組織，負(fù)責(zé)向英國政府提供有關(guān)地球科學(xué)各個方面的建議，并為學(xué)術(shù)界和公眾等提供地質(zhì)建議，在該數(shù)據(jù)庫中可免費(fèi)獲取超過100萬個鉆孔記錄，也可查看英格蘭和威爾士境內(nèi)超過130000份井、鉆孔等的分類記錄。

（5）NRC

加拿大自然資源NRC（Natrural Resources Canada， https://weblex.nrcan.gc.ca/weblexnet4/weblex_e.aspx）數(shù)據(jù)庫提供了有關(guān)加拿大超過16000個已發(fā)布的、多源的地質(zhì)名稱信息，分為巖性單元和年代單元兩部分，前者按名稱、作者、年代、區(qū)域檢索；后者按名稱、年代檢索。

（6）GDI

印度尼西亞地質(zhì)數(shù)據(jù)庫GDI（Geology Database of Indonisia， https://psg.geologi.esdm.go.id/search/go）主要分為印尼地質(zhì)數(shù)據(jù)庫和印尼地層詞典兩部分，其詞典的主要來源是地質(zhì)調(diào)查中心（formerly Geological Reseach and Development Center/GRDC）制作的239張系統(tǒng)地質(zhì)圖，覆蓋了Jawa和Madura，科學(xué)信息部分包括地質(zhì)遺產(chǎn)、地層詞典、沉積盆地和地質(zhì)圖四大模塊。

總體而言，近年來各類古地理相關(guān)數(shù)據(jù)庫及平臺在數(shù)據(jù)收集、整理、分析以及成果展示等方面均做出了大量開拓性的嘗試，取得了長足進(jìn)步，然而仍存在很多不足。如個人或團(tuán)隊(duì)建立的數(shù)據(jù)庫往往圍繞較為明確的科學(xué)問題，專業(yè)性較強(qiáng)，特點(diǎn)鮮明，卻通常因?yàn)闄C(jī)構(gòu)組織等原因，缺乏持續(xù)性與足夠的體量，生命力不強(qiáng)，難以滿足大數(shù)據(jù)時代對數(shù)據(jù)量爆發(fā)式增長的需求；商業(yè)數(shù)據(jù)庫雖然能動性較高，客戶整體體驗(yàn)優(yōu)良，但數(shù)據(jù)類型相對局限，且大量核心信息往往需要付費(fèi)獲得，并不能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的完全開放、共享；各國政府與官方學(xué)術(shù)組織的綜合數(shù)據(jù)庫一般具有相對較大的數(shù)據(jù)量，然而往往在界面語言、檢索方式、產(chǎn)品呈現(xiàn)等人機(jī)交互方面做得不夠理想，且因?yàn)閿?shù)據(jù)來源較多，類型不一，缺乏標(biāo)準(zhǔn)性與統(tǒng)一性，導(dǎo)致數(shù)據(jù)移植性較差，利用效率不高。另外，相比生命科學(xué)、材料科學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)等領(lǐng)域，古地理學(xué)乃至整個地球科學(xué)領(lǐng)域的數(shù)據(jù)庫智能化程度也整體較低。

2 走向標(biāo)準(zhǔn)化與智能化的數(shù)字古地理重建

古地理（Paleogeography或Palinspastic）的概念最早來自Sterry（Hunt，1873），被定義為利用古植物學(xué)和古動物學(xué)系統(tǒng)研究地質(zhì)歷史時期的地理學(xué)科。隨后，又被定義為古生物地理學(xué)（Paleobiogeography）（Willis，1910）。早期的古地理概念著重強(qiáng)調(diào)古環(huán)境，直到Wegener（1912）提出著名的大陸漂移學(xué)說后，古地理才具有了真正的活動含義。長期以來，國際古地理重建工作主要是在板塊構(gòu)造理論指導(dǎo)下，重建地史時期的大陸位置、板塊邊界、海陸分布；而國內(nèi)則主要側(cè)重于以礦產(chǎn)資源勘探服務(wù)為導(dǎo)向的不同尺度的盆內(nèi)巖相古地理研究及編圖（馮增昭，2003；陳洪德等，2017；Hou et al.，2018）。隨著數(shù)據(jù)獲取與分析技術(shù)的提高，大量多元化地質(zhì)數(shù)據(jù)迅速積累，將釋放出更多信息。另一方面，可視化技術(shù)的迅猛發(fā)展及人工智能技術(shù)在固體地球科學(xué)建模中的廣泛應(yīng)用，也將共同促使古地理重建走向標(biāo)準(zhǔn)化與智能化 （Zhao et al.，2019；Ogg et al.，2019；Zahirovic et al.，2019）。

2.1 古地理大數(shù)據(jù)平臺建設(shè)思路及要點(diǎn)

本文認(rèn)為，構(gòu)建全球性的開放互動的古地理綜合數(shù)據(jù)平臺，全面搜集、整合、利用數(shù)據(jù)，最終實(shí)現(xiàn)基于數(shù)據(jù)平臺的任意時間地區(qū)的古地理重現(xiàn)及未來地理預(yù)測，并為能源勘探（何登發(fā)等，2015）、地災(zāi)預(yù)測、生命演化、氣候變化等提供理論、技術(shù)及數(shù)據(jù)支撐，或許將是古地理重建新的歷史使命。其核心過程將包括：（1）建立包括巖相古地理、生物古地理、氣候古地理在內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)化的古地理學(xué)知識體系，作為學(xué)者與學(xué)者、學(xué)者與數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫與數(shù)據(jù)庫溝通的紐帶；（2）建立開放互動的古地理數(shù)據(jù)庫，充分與現(xiàn)有各數(shù)據(jù)庫合作共享，并利用機(jī)器閱讀技術(shù)等拓展數(shù)據(jù)來源；（3）由古地理學(xué)家和數(shù)據(jù)工程師共同建立古地理學(xué)數(shù)據(jù)質(zhì)量控制體系；（4）以大量現(xiàn)有地質(zhì)數(shù)據(jù)為訓(xùn)練藍(lán)本，利用機(jī)器學(xué)習(xí)（Elshawi et al.，2018；Norman，2019；羅建民等，2019）技術(shù)建立各類型古地理重建模型（Gil and Song，2016），深度挖掘數(shù)據(jù)（Bergen et al.，2019；周永章等，2018）；（5）以可實(shí)時更新的智能數(shù)字地圖集或多維動畫形式輸出多元化成果。在整個過程中，重點(diǎn)需要注意以下幾方面。

2.1.1 古地理學(xué)知識體系建設(shè)

知識體系（Liu et al.,2016）是學(xué)科研究的骨架，由學(xué)科的各種重要概念、方法、標(biāo)準(zhǔn)組成，以知識圖譜（James，1992）的形式展示（Auer et al.，2018；王昊奮等，2019）。古地理學(xué)知識體系建設(shè)需要最大限度細(xì)分研究對象（如各類沉積相、亞相、微相），最大限度羅列研究指標(biāo)及其填寫方法（如礦物、巖性、沉積構(gòu)造、古生物等判別指標(biāo)），從而才能夠最大范圍覆蓋數(shù)據(jù)來源，即各類前人研究成果。古地理學(xué)知識體系的整理過程也是對學(xué)科內(nèi)容的統(tǒng)一化過程。對于學(xué)科重要概念的解釋、重要分類的參考標(biāo)準(zhǔn)等，必須采用國際主流標(biāo)準(zhǔn)。一個完善的古地理學(xué)知識體系可以避免對古地理數(shù)據(jù)解釋的混亂，同時也是未來標(biāo)準(zhǔn)化、智能化古地理數(shù)據(jù)庫與其他已有的各類專業(yè)數(shù)據(jù)庫對接的重要基礎(chǔ)，可用于指導(dǎo)數(shù)據(jù)平臺內(nèi)核和大數(shù)據(jù)（郭安林等，2004）分析邏輯的開發(fā)，將成為學(xué)科專家間、數(shù)據(jù)庫間以及學(xué)科專家與數(shù)據(jù)庫間相互交流的重要紐帶。

2.1.2 數(shù)據(jù)收集與管理

古地理大數(shù)據(jù)平臺的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)具有多來源、多形式及多用途的特征，因此如何對古地理數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的收集與管理是該平臺的一項(xiàng)重要內(nèi)容。古地理大數(shù)據(jù)的主要獲取來源包括各國地質(zhì)調(diào)查局和國際學(xué)術(shù)組織的官方數(shù)據(jù)庫、個人或?qū)W術(shù)團(tuán)隊(duì)的專業(yè)數(shù)據(jù)庫、商業(yè)組織的盈利式數(shù)據(jù)庫、各大型出版商以及其他各類可借助機(jī)器閱讀智能獲取的公開數(shù)據(jù)。從學(xué)科來講，主要包括大地構(gòu)造、古地磁、巖石、沉積、古海洋、古生物、古氣候等。這些基礎(chǔ)資料在時間、空間及所屬上都極為分散，需要古地理數(shù)據(jù)平臺與各組織開展廣泛深入的合作，實(shí)現(xiàn)資源共享與共建，同時也需要開發(fā)特有的數(shù)據(jù)管理模塊對信息進(jìn)行聚合。從數(shù)據(jù)的形式來看，大部分基礎(chǔ)數(shù)據(jù)為定性的描述內(nèi)容，少部分為半定量或定量的測試數(shù)據(jù)。從原始數(shù)據(jù)的存儲方式來看，主要包括Excel、Access、SQL Server及Oracle等類型，甚至不同類型的數(shù)據(jù)體還可構(gòu)架成數(shù)據(jù)倉庫。在構(gòu)建大數(shù)據(jù)平臺之前，這些數(shù)據(jù)都需要整合成一致的操作接口。此外，數(shù)據(jù)的交互性、使用權(quán)限及安全保障，也是古地理大數(shù)據(jù)平臺數(shù)據(jù)管理中的一個核心問題。

2.1.3 數(shù)據(jù)挖掘

數(shù)據(jù)挖掘（Ruppert，2004）是古地理大數(shù)據(jù)平臺最為關(guān)鍵的數(shù)據(jù)分析功能模塊之一。大數(shù)據(jù)分析的特點(diǎn)是將所有樣本數(shù)據(jù)納入數(shù)據(jù)計(jì)算分析過程，最大限度避免零散信息的源頭遺失，從而盡可能的從這些低價(jià)值密度的數(shù)據(jù)中提取出關(guān)鍵地質(zhì)信息（Reidar，2010）。數(shù)據(jù)挖掘的功能模塊主要由分類 （Classification）、估計(jì)（Estimation）、預(yù)測（Prediction）、相關(guān)性分組或關(guān)聯(lián)規(guī)則（Affinity grouping or association rules）、聚類 （Clustering）、復(fù)雜數(shù)據(jù)類型挖掘（Text、Web、圖像、音頻、視頻等）構(gòu)成（Davies et al.，2006；周永章等，2018），這些數(shù)據(jù)分析模塊并非單一的存在，在實(shí)際使用過程中往往需要多個模塊有機(jī)組合在一起。智能識別中，人工智能與簡單的線性判別孰優(yōu)孰劣還需要結(jié)合具體的實(shí)例具體分析（Norman，2019）。對于一些未知的規(guī)律，或許還要從頻譜或者其他數(shù)學(xué)方法入手，需要開發(fā)出更多更新的數(shù)據(jù)挖掘方法來對高維的地質(zhì)信息進(jìn)行深入挖掘。

2.1.4 可視化

古地理大數(shù)據(jù)平臺中的可視化主要包括兩部分：一部分是人機(jī)操作界面，良好的用戶體驗(yàn)是任何一個軟件或平臺生存及發(fā)展壯大的基礎(chǔ)。古地理大數(shù)據(jù)平臺需要持續(xù)發(fā)展，必然要從良好的人機(jī)交互界面入手，對于不同類型的圖形、文字等要嚴(yán)格參照相應(yīng)的國際標(biāo)準(zhǔn)制定；另一部分是平臺成果的可視化。傳統(tǒng)的古地理圖通常是靜態(tài)、斷代的，是按年或版發(fā)行的，大數(shù)據(jù)驅(qū)動下的古地理重建以實(shí)時數(shù)據(jù)庫為依托，從愿景來講，隨著信息的不斷錄入與反饋，是可以實(shí)時更新的，可智能生成時代連續(xù)的古地理圖集或動畫。此外，古地理大數(shù)據(jù)平臺還需持續(xù)探索更加多元、直觀、美化的成果展示形式。

2.2 古地理大數(shù)據(jù)平臺建設(shè)面臨的難點(diǎn)

目前國際上已有多個團(tuán)隊(duì)在數(shù)字古地理重建方面開展了卓有成效的創(chuàng)新工作。然而，古地理學(xué)是一門綜合性非常強(qiáng)的學(xué)科，數(shù)字古地理重建需要綜合多學(xué)科知識體系，收集和分析多種來源、多種類型的不同數(shù)據(jù)；另一方面，數(shù)據(jù)收集、挖掘、可視化等也在很大程度上依賴于計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展。因此，在古地理大數(shù)據(jù)平臺建設(shè)中必不可少的會面臨一些難點(diǎn)。

2.2.1 沉積相逆向判定

地質(zhì)歷史時期沉積的各套地層，其沉積物質(zhì)與沉積環(huán)境是對應(yīng)的，因而現(xiàn)今地質(zhì)分析中沉積相類型的判識結(jié)果應(yīng)該具有唯一性。但因不同時期收集到的原始地質(zhì)資料有限，分析過程中又忽略掉了部分信息，加之不同研究人員采用的原理及方法可能不同，使得不同學(xué)者對相同地層的沉積相認(rèn)識往往存在一定的差異，這種差異直接導(dǎo)致了沉積相類型判定的不確定性。同樣，不同沉積環(huán)境下的沉積地層在巖性、沉積構(gòu)造、古生物、古地磁、地球化學(xué)等屬性方面都可能存在相同，這在逆向判定沉積相的過程中往往帶來相同的判別結(jié)果；此外，判別指標(biāo)的多少、判別方法的不同及計(jì)算容差線的細(xì)微差異都可能引起計(jì)算結(jié)果的跳變，從而最終導(dǎo)致沉積相判定結(jié)果的不穩(wěn)定。

針對該難點(diǎn)，一直以來的解決思路都是由古地理學(xué)家在“地質(zhì)證據(jù)—沉積相”這一因果模型中對各項(xiàng)地質(zhì)證據(jù)的判別權(quán)重進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整；隨著海量多維度數(shù)據(jù)的不斷積累和深度學(xué)習(xí)技術(shù)的發(fā)展，利用“強(qiáng)相關(guān)性”取代“因果性”，將已確定“沉積相—地質(zhì)證據(jù)”關(guān)系的大量已有資料作為訓(xùn)練藍(lán)本，讓AI進(jìn)行深度學(xué)習(xí)，最終獲得由AI生成的智能判別模型，或許將是未來的研究方向。

2.2.2 描述信息定量化

古地理大數(shù)據(jù)平臺的數(shù)據(jù)挖掘模塊通常以定量數(shù)據(jù)（Cai and Zhu，2015）為處理對象，而作為入口參數(shù)端的古地理基礎(chǔ)數(shù)據(jù)很多來源于定性或半定量資料，因而在數(shù)據(jù)分析之前需要對這些定性或半定量數(shù)據(jù)進(jìn)行定量化表征（Jianping et al.，2016；羅建民等，2019）。由于表征方式不同，數(shù)據(jù)挖掘計(jì)算的維度、計(jì)算量的大小及計(jì)算過程的穩(wěn)定性也將存在較大差異，并且會制約成果解釋的實(shí)時性與可靠性。如沉積學(xué)中對碎屑巖粒度的描述包括“好、中、差”等，到底是簡單的用數(shù)字如“1、2、3”與之一一對應(yīng)，還是結(jié)合地質(zhì)背景，將其定量成高維的數(shù)字向量更為合適？科學(xué)全面的解決這類定量化表征問題將需要古地理學(xué)科專家與計(jì)算機(jī)工程師深度協(xié)作，建立多背景下的信息定量化模型體系，并根據(jù)表征結(jié)果反復(fù)優(yōu)化定量化模型（圖7）。

2.2.3 有效數(shù)據(jù)篩選

圖7 古地理描述信息定量表征流程圖（據(jù)Zhao et al.,2019修改）Fig.7 Flowchart of quantitatively characterizing descriptive information in Paleogeography(revised after Zhao et al.,2019)

古地理大數(shù)據(jù)分析是對涉及目標(biāo)區(qū)塊、目標(biāo)地層的所有地質(zhì)資料進(jìn)行綜合處理。為了盡可能挖掘出更多信息，大數(shù)據(jù)分析時需將所有有關(guān)數(shù)據(jù)都引入計(jì)算過程。這些不同來源的地質(zhì)數(shù)據(jù)并不一定都對最后的古地理判識起有益作用，加之同一來源的原始地質(zhì)信息也可能本身就存在錯誤，這些有誤的地質(zhì)數(shù)據(jù)很容易造成計(jì)算結(jié)果的失真，從而引發(fā)判斷結(jié)果的錯誤。因而在數(shù)據(jù)分析前需要從多源數(shù)據(jù)中篩選出有效的地質(zhì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。鑒于地質(zhì)數(shù)據(jù)的海量、多源、多維、異構(gòu)等特點(diǎn)（趙鵬大，2019），目前很難建立起統(tǒng)一的數(shù)據(jù)篩選準(zhǔn)則，這將是古地理大數(shù)據(jù)平臺建設(shè)需要長期跟進(jìn)的難點(diǎn)之一。未來古地理大數(shù)據(jù)平臺可考慮加強(qiáng)與4D（Deep-Time Data-Driven Discovery）團(tuán)隊(duì)等具有較強(qiáng)數(shù)據(jù)處理能力的學(xué)術(shù)團(tuán)隊(duì)和平臺合作，制定多情景下標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)篩選、挖掘流程。

2.2.4 資料缺失區(qū)填充

地球的演化并非均一的，受各種特殊地理環(huán)境限制，可被搜集的古地理基礎(chǔ)數(shù)據(jù)在不同時代不同空間也是分布不均的，不可避免的會出現(xiàn)諸多古地理分析的資料缺失區(qū)。在將今論古的大前提下，以現(xiàn)代沉積為參考，利用瓦爾特沉積相律進(jìn)行沉積相判定是傳統(tǒng)古地理研究中的常用手段，可在很大程度上解決資料留白區(qū)的沉積相類型的界定問題。在基于大數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化、智能化古地理重建過程中，設(shè)定何種準(zhǔn)則指導(dǎo)監(jiān)督古地理大數(shù)據(jù)平臺進(jìn)行資料缺失區(qū)重建，是值得深入探究的問題，需要古地理學(xué)家與計(jì)算機(jī)科學(xué)家的協(xié)作努力。

3 結(jié)語

大數(shù)據(jù)正在深刻改變著人類認(rèn)識和研究世界的思維方式。地球科學(xué)與信息科學(xué)的融合發(fā)展，處于一個非常重要的時間、空間窗口期，中國的地質(zhì)學(xué)家需要抓住這稍縱即逝的窗口期，改變傳統(tǒng)的思維模式，改進(jìn)傳統(tǒng)的研究方法，直面挑戰(zhàn)，擁抱大數(shù)據(jù)時代的到來。

建議古地理學(xué)者與信息專家共同協(xié)作，充分總結(jié)現(xiàn)今已有的各類古地理相關(guān)數(shù)據(jù)庫及平臺的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)與不足，在深時數(shù)字地球（DDE）計(jì)劃搭建的開放、共享、統(tǒng)一的數(shù)據(jù)平臺上，圍繞古地理學(xué)重大科學(xué)問題，完善古地理數(shù)據(jù)收集、整合、挖掘、可視化等流程，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、智能化數(shù)字古地理重建。