大數(shù)據(jù)的成因礦物學(xué)研究

梁柯 李勇

1. 成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院 四川 成都 610000；

2. 四川省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局四〇三地質(zhì)隊(duì) 四川 成都 610000

引言

自21世紀(jì)以來(lái)，大數(shù)據(jù)就成為科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的熱門話題，各個(gè)國(guó)家也開始重點(diǎn)建立各個(gè)內(nèi)容的數(shù)據(jù)庫(kù)，以迎接大數(shù)據(jù)時(shí)代。我國(guó)地質(zhì)學(xué)方面也早有專家院士提出應(yīng)大力發(fā)展數(shù)字地質(zhì)研究，把握大數(shù)據(jù)時(shí)代機(jī)遇，對(duì)目前的科學(xué)研究方式進(jìn)行革新。許多權(quán)威機(jī)構(gòu)逐步建立了地學(xué)大數(shù)據(jù)平臺(tái)，為數(shù)字地學(xué)的發(fā)展提供了鋪墊。成因礦物學(xué)是一項(xiàng)基礎(chǔ)類科學(xué)，不僅僅能夠?qū)ο嚓P(guān)理論問題的研究提供幫助，還能夠在礦產(chǎn)等方面起到作用，對(duì)大數(shù)據(jù)有著較大的應(yīng)用需求。但是就目前來(lái)看，成因礦物學(xué)領(lǐng)域的大數(shù)據(jù)仍然需要更多的關(guān)注，應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步構(gòu)建和完善相關(guān)信息平臺(tái)，接下來(lái)就是對(duì)大數(shù)據(jù)的成因礦物學(xué)研究的一些思考。

1 礦物發(fā)生學(xué)與大數(shù)據(jù)結(jié)合的探討

大數(shù)據(jù)技術(shù)從谷歌2004年前后發(fā)端到2007年初步成型，其在歷史演進(jìn)過程中誕生了大量文獻(xiàn)，為這項(xiàng)技術(shù)的總體性，相關(guān)性以及混雜性三大特點(diǎn)基本定了性，這些特性的具體解釋就是以足夠多的數(shù)據(jù)量取代原有的極少樣本，海量數(shù)據(jù)混雜在一起取代原有的極其精確的數(shù)據(jù)，原有的數(shù)據(jù)因果關(guān)系也被相關(guān)性所取代，地質(zhì)大數(shù)據(jù)也應(yīng)運(yùn)而生，它通過觀測(cè)記錄和研究分析特定地質(zhì)事件或地質(zhì)體，產(chǎn)生了在大數(shù)據(jù)多源異構(gòu)，多尺度和時(shí)相以及非平穩(wěn)特點(diǎn)基礎(chǔ)上的其他顯性物理關(guān)聯(lián)，即空間與時(shí)間屬性，要實(shí)現(xiàn)對(duì)礦物發(fā)生學(xué)的深入研究，那些地質(zhì)體上附存的礦物大數(shù)據(jù)時(shí)空屬性絕對(duì)是關(guān)鍵依據(jù)所在[1]。

礦物發(fā)生學(xué)是一個(gè)分支學(xué)科，它主要是以礦物系統(tǒng)發(fā)生史為對(duì)象進(jìn)行研究，屬于成因礦物學(xué)，它針對(duì)的是大自然久遠(yuǎn)的發(fā)展史，提取其中產(chǎn)生礦物的條件和與演化過程體現(xiàn)出來(lái)的規(guī)律性為研究方向，具體來(lái)說，大自然發(fā)展史中產(chǎn)生了很多層次和尺度各異的自然體系，這些體系的演化過程由規(guī)模不等的生物，化學(xué)以及物理作用場(chǎng)為其變化提供作用力，同族同種或同類的礦群在包括類型數(shù)量，規(guī)模大小，標(biāo)型特征以及出現(xiàn)條件等在內(nèi)的發(fā)育特點(diǎn)，加上礦群礦物間以及介質(zhì)與礦物間既關(guān)聯(lián)又影響的規(guī)律性，是礦物系統(tǒng)發(fā)生學(xué)的研究主攻方向。

礦物系統(tǒng)發(fā)生學(xué)第一研究尺度和層次體現(xiàn)在地球的差異性圈層和宇宙包含的各種天體，第二是種類繁多的地質(zhì)體以及與之對(duì)應(yīng)的相關(guān)成礦體系，象巖漿巖體，變質(zhì)地體以及沉積盆地都在此列[2]。以地處膠東半島的乳山金礦為例，它的蝕變階段和礦化階段都伴隨著特征方面的石英標(biāo)型變化，這個(gè)金礦隸屬的成礦體系是膠東型金礦，這些變化所體現(xiàn)的正是石英的系統(tǒng)發(fā)生史，再以位于意大利托斯卡納大區(qū)阿爾卑斯山系南段的阿帕圖黃鐵礦為例，其演化中的礦物結(jié)構(gòu)及其微量元素，還有怎樣影響形成富鈍硫鹽體，它的重結(jié)晶作用隸屬綠片巖相變質(zhì)，這些演化所體現(xiàn)的就是從低級(jí)變質(zhì)到富鈍硫鹽體體系黃鐵礦的系統(tǒng)發(fā)生史。實(shí)際上，直到20世紀(jì)后半段，在成因礦物學(xué)家的知識(shí)儲(chǔ)備庫(kù)存當(dāng)中，也只有區(qū)區(qū)兩千種以下的礦物掌握量，當(dāng)時(shí)提出的礦物系統(tǒng)演化發(fā)生規(guī)律的研究還停留在概念性階段。

2 成因礦物學(xué)與大數(shù)據(jù)融合發(fā)展的需求

2.1 戰(zhàn)略性關(guān)鍵金屬元素礦物系統(tǒng)發(fā)生史大數(shù)據(jù)研究

化學(xué)元素依托礦物為載體而存在，從本質(zhì)上講，礦物系統(tǒng)所謂的發(fā)生史，可稱作化學(xué)元素系統(tǒng)發(fā)生史，以地球化學(xué)元素分類方案為標(biāo)準(zhǔn)，在個(gè)別元素礦物系統(tǒng)發(fā)生史基礎(chǔ)上，進(jìn)行礦物系統(tǒng)發(fā)生史各種子類型礦物的順次研究，在不同側(cè)面對(duì)礦物系統(tǒng)發(fā)生史進(jìn)行極具傳奇色彩的瑰麗展示，這種研究針對(duì)的是礦物系統(tǒng)發(fā)生史，其意義是戰(zhàn)略高度的，以此為據(jù)對(duì)其聚散規(guī)律在構(gòu)造單元和歷史時(shí)期各異的表現(xiàn)進(jìn)行研究分析，是預(yù)測(cè)關(guān)鍵金屬戰(zhàn)略性找礦的可行性思路。

2.2 礦物類系統(tǒng)發(fā)生史及地球重大事件礦物記錄大數(shù)據(jù)研究

人類從誕生伊始就從未停止對(duì)自然的認(rèn)識(shí)探索以及利用的腳步，科學(xué)研究就是這種目的的方法論，漫長(zhǎng)的地質(zhì)演變時(shí)期，礦物系統(tǒng)的發(fā)生史是有規(guī)律可循的，這些規(guī)律為在時(shí)空意義上戰(zhàn)略性指導(dǎo)預(yù)測(cè)礦床和有用礦物提供研究依據(jù)。前文所述，人類在很長(zhǎng)的歷史時(shí)期其礦物認(rèn)知知識(shí)庫(kù)只有區(qū)區(qū)不到兩千種礦物，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行的規(guī)律總結(jié)缺乏代表性，而且其中過多摻入的人為因素也損傷了其權(quán)威性，它對(duì)礦物系統(tǒng)本質(zhì)的反映的可信度大大存疑。大數(shù)據(jù)時(shí)代的來(lái)臨，為構(gòu)建相關(guān)大數(shù)據(jù)平臺(tái)創(chuàng)造了條件，現(xiàn)代人類對(duì)礦物認(rèn)知的知識(shí)庫(kù)礦物種類已經(jīng)擴(kuò)展到5300種以上，以此為基礎(chǔ)深入研究礦物系統(tǒng)發(fā)生史無(wú)疑更接近真相，需要注意的是，一定要注重對(duì)各種礦物發(fā)生規(guī)律進(jìn)行總結(jié)，礦物粉發(fā)生有八個(gè)特性，需要不斷細(xì)化與修正，八大特性具體是：脈動(dòng)，相繼，韻律，加速，旋回與不可逆性，再加上分帶性以及空間相鄰性。

礦物的發(fā)生來(lái)自于自然作用，所以，大數(shù)據(jù)技術(shù)提供的礦物系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)可供進(jìn)行深度數(shù)據(jù)開采，以此為基礎(chǔ)研究礦物系統(tǒng)發(fā)生史演化規(guī)律，為人類進(jìn)一步研究地球發(fā)展史的化學(xué)，物理以及生物等性質(zhì)的各種事件所體現(xiàn)的規(guī)模，分布情況，事件性質(zhì)以及輻射效應(yīng)打開了一扇窗戶。

3 大數(shù)據(jù)與成因礦物學(xué)結(jié)合現(xiàn)狀

3.1 礦物標(biāo)型研究方法論

當(dāng)前，人類采用歸納和演繹方法開展對(duì)礦物標(biāo)型的研究，歸納法是由個(gè)別向一般，對(duì)足夠數(shù)量個(gè)體特征進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，其最終結(jié)論具備某種程度的普遍意義，演繹法是由一般到個(gè)別對(duì)歸納法的反用，它依據(jù)的是特定理論，針對(duì)特定事物進(jìn)行深入研究的方法[3]。大數(shù)據(jù)技術(shù)條件下，大數(shù)據(jù)法是構(gòu)建礦物標(biāo)型理論的重要依據(jù)，地質(zhì)大數(shù)據(jù)具有相當(dāng)多的特性，包括混合、稀缺、抽樣、多元多態(tài)多源、因果、時(shí)空、方向、變化、分帶、關(guān)聯(lián)唯一、方向、定和以及代表性，大數(shù)據(jù)法的研究對(duì)象是全部相關(guān)數(shù)據(jù)，不刻意追求研究人員的個(gè)人認(rèn)知，那種主觀因素太大的統(tǒng)計(jì)歸納礦物成因是非常有害的，從而確保研究結(jié)論的客觀性，比如，磁鐵礦具有巖漿成因，要求得其成分標(biāo)型的判斷依據(jù)，須以數(shù)學(xué)分析的方式探究全部巖漿巖磁鐵成分的研究數(shù)據(jù)，但是地質(zhì)數(shù)據(jù)混雜和多元多源特性明顯，數(shù)據(jù)對(duì)巖漿活動(dòng)的反映情況不一，有單次的也有多次疊加的，還有熱液蝕變影響巖漿巖的，還有透巖漿流體活動(dòng)的，由此獲取的巖漿型磁鐵礦數(shù)據(jù)不具備典型特征意義，仍然有必要通過大數(shù)據(jù)對(duì)巖漿型磁鐵礦進(jìn)行數(shù)據(jù)的深挖和篩選，顯然，大數(shù)據(jù)分析結(jié)果只具備相對(duì)意義上的真理性，而且，現(xiàn)有各種礦物地質(zhì)數(shù)據(jù)的獲取方法局限于抽樣檢測(cè)，這使得數(shù)據(jù)帶上了稀缺性和抽樣性的標(biāo)簽，以現(xiàn)有技術(shù)條件難以實(shí)現(xiàn)對(duì)地質(zhì)數(shù)據(jù)的整體性的一網(wǎng)打盡，只能在最基本上以大數(shù)據(jù)平臺(tái)為基礎(chǔ)做到對(duì)礦物標(biāo)型分析數(shù)據(jù)的搜刮殆盡。

3.2 礦物標(biāo)型大數(shù)據(jù)研究的近期目標(biāo)

礦物標(biāo)型有較大涉及面，標(biāo)型礦物組合，礦物種屬以及礦物特征都屬于這個(gè)范疇[4]。礦物共生組合是標(biāo)型礦物組合的本質(zhì)，封閉以及開放體系都有對(duì)應(yīng)的多種理論分析方法，這些方法的提出都是基于礦物相律，設(shè)置了極其苛刻的限制條件，不完全符合礦物粉自然形成條件。本學(xué)科對(duì)礦物共生組合的研究目前已經(jīng)積累了豐富的文獻(xiàn)資料，滿足了大數(shù)據(jù)技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)海量數(shù)量的要求，具備實(shí)施大數(shù)據(jù)研究的前提條件，但是在歸納整理數(shù)據(jù)資料的工作方面仍有欠缺，尤其需要大數(shù)據(jù)研究礦物共生組合的形成原因來(lái)填補(bǔ)空白，為人類更充分地認(rèn)識(shí)這一領(lǐng)域提供可靠資料，從而通過歸納總結(jié)得出規(guī)律性認(rèn)識(shí)，為礦物相律知識(shí)庫(kù)增添新內(nèi)容，礦產(chǎn)的探測(cè)預(yù)報(bào)有更多線索。

人類對(duì)礦產(chǎn)研究越來(lái)越走向深入，很多之前的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)被不斷推翻，一些被之前確認(rèn)極少地質(zhì)體和苛刻條件下才能找到的礦物在其他普通地質(zhì)體和條件下被發(fā)現(xiàn)，其標(biāo)型意義就徹底推翻，假如研究人員能為它的發(fā)生明確框定條件范圍，對(duì)找出此范圍內(nèi)標(biāo)型意義明顯的礦物將很有幫助。依托大數(shù)據(jù)技術(shù)研究礦物的標(biāo)型意義，可做到對(duì)礦物研究對(duì)象的全部信息數(shù)據(jù)的搜羅，研究人員可依據(jù)這些數(shù)據(jù)大致可靠地給出礦物發(fā)生條件范圍，這是大數(shù)據(jù)時(shí)代發(fā)展成因礦物學(xué)的主攻方向。

礦物內(nèi)外具備多性屬性，其標(biāo)型在其特征意義層面涉的成因意義非常廣泛，這些內(nèi)容在全部礦物數(shù)據(jù)庫(kù)都能找到，當(dāng)需要聯(lián)系到成因時(shí)，還需最低限度得到礦物開采現(xiàn)狀和前景的數(shù)據(jù)，利用數(shù)學(xué)計(jì)算把它和屬性的關(guān)聯(lián)性，才能為成因數(shù)據(jù)的深入挖掘創(chuàng)造條件，得以進(jìn)行成因坐標(biāo)系的構(gòu)建[5]。同時(shí)，利用成因預(yù)測(cè)找礦的礦物學(xué)屬性方面的有效數(shù)據(jù)，因其數(shù)據(jù)積累規(guī)模太小，構(gòu)成數(shù)據(jù)的稀缺性，亟須專業(yè)方面的開發(fā)利用的指導(dǎo)性意見。

4 大數(shù)據(jù)與成因礦物學(xué)結(jié)合優(yōu)化對(duì)策

4.1 礦物成因分類數(shù)據(jù)庫(kù)

前文對(duì)大數(shù)據(jù)特性進(jìn)行了總結(jié)，但是不能劃分基本類別時(shí)進(jìn)行排除，大數(shù)據(jù)屬于嚴(yán)肅的科研范疇，必須得到專業(yè)指導(dǎo)，借助大數(shù)據(jù)技術(shù)，在研究礦物成因與找礦礦物族方面可確保結(jié)果的精準(zhǔn)度，但是對(duì)成因礦物學(xué)進(jìn)行研究的關(guān)鍵著力點(diǎn)在于其基礎(chǔ)成因分類數(shù)據(jù)庫(kù)的構(gòu)建，大數(shù)據(jù)技術(shù)能輔助數(shù)據(jù)系統(tǒng)構(gòu)建地球各種演化過程，地球生命進(jìn)化史已經(jīng)可以精準(zhǔn)建立，礦產(chǎn)和能源在宏觀層面也可就分布規(guī)律準(zhǔn)確識(shí)別，最具權(quán)威性的基礎(chǔ)地學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)的構(gòu)建已經(jīng)成為主要任務(wù)，使之成為具備全球性的地學(xué)數(shù)據(jù)共享平臺(tái)。

4.2 礦物的隱性成因

當(dāng)前在礦物成因的研究方面，人類已經(jīng)從顯性的表面理解向隱性方向邁進(jìn)，已隱約可觸摸到門檻，目前基礎(chǔ)性的任務(wù)是對(duì)隱性成因進(jìn)行礦物學(xué)標(biāo)志的創(chuàng)建，可幫助人類進(jìn)一步探索成礦所需作用力以及機(jī)制，更精準(zhǔn)地進(jìn)行找礦預(yù)測(cè)，對(duì)礦物和礦床以及巖石的成因礦物是下一步的工作重點(diǎn)[6]。

即使礦物屬于同族，因發(fā)生條件和過程以及主微量元素的差異性，在礦物特定有效結(jié)構(gòu)位置類質(zhì)同象組分以及端員組分因隱方面也會(huì)有所差異。從研究顯性成因礦物族角度出發(fā)實(shí)施大數(shù)據(jù)研發(fā)，構(gòu)建準(zhǔn)確的相應(yīng)成因性區(qū)劃以及分標(biāo)型圖解大有可為[7]。

4.3 培養(yǎng)復(fù)合人才

須重點(diǎn)加強(qiáng)培養(yǎng)地質(zhì)礦物學(xué)復(fù)合型研究人才，高?？删痛嗽O(shè)置相關(guān)專業(yè)課程，并著力引導(dǎo)更高的博士或研究生投身于此。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，大數(shù)據(jù)對(duì)于地學(xué)領(lǐng)域有著不可替代的作用和優(yōu)勢(shì)，相關(guān)機(jī)構(gòu)應(yīng)當(dāng)對(duì)成因礦物學(xué)領(lǐng)域的大數(shù)據(jù)建設(shè)加以重視，目前礦物標(biāo)型等方面還沒有充分應(yīng)用到大數(shù)據(jù)技術(shù)，仍需要進(jìn)一步完善，尤其是要結(jié)合我國(guó)的發(fā)展需求對(duì)戰(zhàn)略性礦物資源大數(shù)據(jù)進(jìn)行集合分析，以發(fā)現(xiàn)礦物演化規(guī)律，完善找礦方法。應(yīng)當(dāng)盡快構(gòu)建成因礦物學(xué)領(lǐng)域的多個(gè)方面的大數(shù)據(jù)信息平臺(tái)，如礦物成因大數(shù)據(jù)等，探求礦物隱性成因。除了不斷加深大數(shù)據(jù)與成因礦物學(xué)的結(jié)合之外，還需要重視人才培養(yǎng)，在大學(xué)本科教授中重視基礎(chǔ)專業(yè)，在研究生教授中重點(diǎn)培養(yǎng)礦物大數(shù)據(jù)人才，同時(shí)發(fā)掘更多的研究方向。既應(yīng)當(dāng)通過大數(shù)據(jù)完善理論研究，更應(yīng)該借助大數(shù)據(jù)技術(shù)和理論成果發(fā)揮其實(shí)際應(yīng)用作用。