当前世界环境地质学发展特点趋向及我国主要环境地质学问题分析

阐述了环境地质学的历史渊源、涵义、研究内容、所属门类、学科地位等，广泛借鉴前人资料，总结了当今世界环境地学发展的主要特点和研究趋向：以动态观点及非线性动力学理论和方法来探索地质环境演化；从不同空间尺度研究地球环境演化；环境变化的时间效应成为环境地质研究中的一个十分重要的方向；地质灾害防治与环境保护问题已成为环境地学研究领域内的重点问题；正在深入探索环境地质学的科学基础：水-岩相互作用；可持续发展理念对环境地质学的研究工作提出了新的要求；现代新技术在环境研究中的应用发展速度很快。归纳了现在我国存在的主要环境地学问题：淡水资源的严重短缺；城市发展中的环境地质问题；由人类活动引起的环境污染与地球化学循环变化；频繁的地质灾害与人类工程经济活动诱发的环境地质问题；人类活动导致的生态环境破坏。指出需要在地球系统科学的理论与方法指导下，紧密结合国家目标和经济发展紧迫需要，进行前沿性研究。     

特约主题:纳米地质学

正编者按语:地质学经过几百年的发展,在宏观和微观领域已经取得了重大进展。伴随着科技的巨大进步,地质学正向更宏观和更微观两个明显的方向发展,即天体地质学和纳米地质学。由于纳米颗粒和纳米孔隙具有显著的特有属性,研究地质作用过程中纳米结构的形成、演化和聚集具有重要的科学价值。地学领域已经引入纳米科技,并在矿物学、岩石学、地球化学、构造地质、能源地质学和矿床学等领域取得了一定的研究成果。纳米地质学因自身的特异性,比其他学科更为复杂,其尺度问题、关键难题、以及测试与表征问题尚未解决,缺乏系统和综合的纳米地质学理论。     

纳米地质学:地学领域革命性挑战

纳米科技是研究0.1~100nm粒级范围内物质特性的科学,纳米颗粒处于纳米尺度,具有表面与界面效应、小尺寸效应、宏观量子隧道效应和量子尺寸效应等特殊的物化性质。纳米科技涉及地球科学的诸多领域,并在矿物学、岩石学、地球化学、构造地质学、能源地质学和矿床学等领域取得了重要进展。本文在总结、归纳前人的研究并结合作者最新研究结果的基础上,进一步提出了纳米地质学的概念:以纳米科学与地球科学为依托,以纳米技术与地学研究方法为手段,以固体地球物质为研究对象,对各种地质体中已知或有待探知的纳米颗粒和纳米孔隙进行深入研究,从而揭示地质过程中纳米效应与地质现象的关系及其规律的科学;系统地分析了纳米科技与地质学结合产生的各分支学科:纳米矿物学、纳米岩石学、纳米地球化学、纳米构造地质学、纳米能源地质学、纳米矿床学、纳米地震地质学和纳米环境地质学等;全面阐述了纳米地质学及纳米成藏成矿领域重大和前沿科学问题,并探讨了其发展趋势,由此指出,纳米地质学的兴起和发展将必然带来地学领域革命性的挑战。     

地球科学知识图谱比较分析与启示：构建方法与内容视角

地球科学（以下简称地学）知识图谱将地学知识以有向图的方式进行形式化表达，具有强大的知识表达能力、开放互联能力和推理预测能力，是地学与人工智能交叉融合发展的基础设施之一，已成为当前地学研究中重要的研究热点。因此，国际上很多科学组织或团队先后开展了地学领域的知识图谱研究，并构建了一系列具有代表性的知识图谱。然而，目前尚缺乏对这些知识图谱的深入研究和分析。文章从基本情况、构建方法、主要内容及特点等方面，对当前国际上主要的地学领域知识图谱进行了系统的比较分析,并在此基础上，指出了对未来地学知识图谱研究的启示：从构建方法上，应构建地学知识图谱统一表达模型，建立融合多源、多模态数据的知识源，研究地学知识表示与计算方法；从内容上，应加强地学知识时空特征描述，考虑地学知识复杂时空关系和推理规则；从应用上，应发展地学知识质量评估和修正方法，提升地学知识图谱应用成效。     

可视化技术在地质景观演化中的应用

利用可视化技术、虚拟仿真技术将地学信息二维数据转化为三维形式,特别是引入时间维的概念,在给出静态的地质景观三维虚拟场景的基础上动态模拟景观的形成过程,结合3DSMAX丰富的建模技术及强大的动画制作功能在地质景观演化方面做了初步探讨。以模拟长白山火山喷发及地貌视景仿真形成过程为例,就实体建模、视景漫游、动画设计等相关技术进行设计与实现。     

地理信息系统(GIS)在地质学中的应用

简要讨论了地理信息系统（ＧＩＳ）的研究情况,重点阐述了ＧＩＳ制图技术、可视化技术、空间分析技术、遥感制图技术在地质学领域中的应用,总结了世界各国地学中ＧＩＳ的应用情况．     

中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室

中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室依托地质学和资源工程两个国家重点学科组建。2004年9月申请并通过科技部实验室建设立项。2005年1月通过国家重点实验室建设计划并正式进入建设期,同年5月接受了国家科技部组织的地学领域国家重点实验室评估,获得良好成绩。2008年1月通过实验室建设期验收。2010年4月顺利通过了国家自然科学基金委员会对全国地学领域国家重点实验室五年一轮的评估,被评为良好类实验室,在固体地球科学领域国家重点实验室中排序靠前。     

虚实结合的地质工程实践教学方法改革探索——钻探虚拟仿真实验教学平台研究

拟仿真又称虚拟现实技术或模拟技术,就是用一个虚拟的系统模仿另一个真实系统的技术,将其应用于钻探科研、教学、训练等,对于钻探行业来说,是一次创新尝试。研发的钻探虚拟仿真实验教学平台,融入了钻探专业教学积累和计算机虚拟仿真技术等多个学科,解决了以往高校钻掘工程专业学生生产实习的诸多困难。虚拟钻进仿真平台已陆续为多个相关专业提供虚拟仿真教学,受到了各专业学生的欢迎,收到了良好的教学效果。该平台还可应用于各单位钻探技术人员、操作人员等的操作训练,以及科研和技术服务工作。     

凝聚态地质问题

在地质学背景后面隐藏着众多凝聚态问题。对它们需要运用凝聚态科学工具进行探索 ,才能发现蕴含其中的对称、相变、周期和突变等现象 ,以抓住其共有的科学本质。文中对结晶过程中的固熔体相变 ,上地幔部分熔融和地核差异旋转等典型地学问题 ,从凝聚态角度重新作了分析 ,指出尽管它们具有不同的时空范畴和地学内涵 ,曾分别被划归于不同的地学分支学科 ,但却共同体现出了大自然中模式形成的一个基本范式 ,即 :无序定态的空间对称破缺可以导致诸多宏观有序结构的形成。这也是其它一些类似的地学现象得以产生的共同原因。由此可认为 ,从各种地质分支学科的单一性探索 ,过渡到凝聚态地质学的统一研究 ,是地质科学发展过程中的一个必由阶段。而凝聚态物理学的成熟与深化 ,恰好为之提供了发展的契机。因此 ,就有可能从凝聚态地质学这一新的观点出发 ,将传统的地质研究领域进一步拓深 ,并且将其拓宽、推广到水利 ,环境 ,材料和生命科学中去。     

培育志趣，引导学生奔向地球科学大道

随着人类社会和科学技术的发展,尤其是中国国力的提升和教育的深化提高,教育改革,包括地学高等教育的改革,就更需进一步深化,以适应时代发展的需要。文章根据作者长期从事地学教学实践与科研的经历,针对2020年全国基础地质学教学会议关于普通地质学教学改革的精神,概括提出两点体会,一是关于普地教学目标和任务,二是涉及普地教学关键所在,供同行讨论。作者从地球科学基本特征和教学目标出发,提出普地教学的核心价值与重要性,进一步明确普地教学的关键在于教师队伍、教学定位与目标及教学内容与方法等三个方面。普通地质学的教学是地学高等教育中最基础、最关键的环节,其总体目标是提高地学教育的普适性,目的是培育学生的科学志趣,引导学生奔向地球科学大道。     

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1674987111001411

正Three-dimensional geological modeling(3DGM) assists geologists to quantitatively study in three-dimensional(3D) space structures that define temporal and spatial relationships between geological objects.The 3D property model can also be used to infer or deduce causes of geological objects.3DGM technology provides technical support for extraction of diverse geoscience information,3D modeling,and quantitative calculation of mineral resources.Based on metallogenic concepts and an ore deposit model, 3DGM technology is applied to analyze geological characteristics of the Tongshan Cu deposit in order to define a metallogenic model and develop a virtual borehole technology;a BP neural network and a 3D interpolation technique were combined to integrate multiple geoscience information in a 3D environment. The results indicate:(1) on basis of the concept of magmatic-hydrothermal Cu polymetallic mineralization and a porphyry Cu deposit model,a spatial relational database of multiple geoscience information for mineralization in the study area(geology,geophysics,geochemistry,borehole,and cross-section data) was established,and 3D metallogenic geological objects including mineralization stratum,granodiorite, alteration rock,and magnetic anomaly were constructed;(2) on basis of the 3D ore deposit model,23,800 effective surveys from 94 boreholes and 21 sections were applied to establish 3D orebody models with a kriging interpolation method;(3) combined 23,800 surveys involving 21 sections,using VC++ and OpenGL platform,virtual borehole and virtual section with BP network,and an improved inverse distance interpolation(IDW) method were used to predict and delineate mineralization potential targets (Cu-grade of cell not less than 0.1%);(4) comparison of 3D ore bodies,metallogenic geological objects of mineralization,and potential targets of mineralization models in the study area,delineated the 3D spatial and temporal relationship and causal processes among the ore bodies,alteration rock,metallogenic stratum,intrusive rock,and the Tongshan Fault.This study provides important technical support and a scientific basis for assessment of the Tongshan Cu deposit and surrounding exploration and mineral resources.     

基于MAPGISG平台的中国地学断面数字化图形库的建立

地学断面积累了丰富的地质，地球物理和地球化学等综合资料，从中得出的地学信息是提供科学决策，促进社会科技事业和生产力发展的依据。在MAPGIS软件基础上的中国地学断面数字化图形库的建立过程中，地学断面中的每一个实体，在颜色，符号以及线型等方面都被规划统一。地学断面中的特征主题进行了层名划分以及层名，实体的编码，形成分层标准和编码准则。利用MAPGIS的编辑子系统和Access关于数据库软件，建立了中国地学断面的空间数据库和属性数据库，并将它们联接起来，从而建立了整个中国地学断面数字化图形库。     

从第34届国际地质大会看地学信息技术发展趋势

当前世界进入基于大数据进行数据密集型科学研究的时代,协同操作的数据、信息、系统、空间基础设施对整个地球科学研究和应对巨大社会挑战至关重要.2012年8月在澳大利亚布里斯班召开的第34届国际地质大会,吸引了世界范围内的行业领军科学家交流讨论了地学信息领域取得的进展、成果和发展趋势.从本届地质大会来看,计算机技术、数据库技术、网络技术、虚拟技术等现代化的技术深入应用到了地学众多专业领域,地学信息产品服务成为了信息化时代各国为公众提供公益性服务的主流渠道,地学信息逐步突破孤立的专题、地区、国家的限制,跨专业、跨学科、跨国乃至跨大洲级别的数据共享将逐步达成共识.当前,全球的地学信息科学家都在朝着这同一方向努力,让地学知识能够快速、便捷、高效的为变化的地球服务.     

数字地质与数字矿产勘查

矿产勘探的理念,在西方国家被称为“勘探哲学”,是指导矿产勘探的思想、方法、技术、目标和组织。矿产勘查的3个基本要素是“找什么”、“哪里找”和“如何找”。随着“三要素”的发展,矿产勘查的概念正在逐渐变化,“三要素”为改变矿产勘探的概念、方法和技术提供了强大的动力。矿产勘查概念的创新是持续的勘查和开发与时俱进的结果。“数学地质学”和“信息技术”的结合被称为“数字地质学”。数字地质学是地质科学的数据分析的组成部分。地质数据科学是一种根据地质数据的特征和地质工作的需要,利用数据科学的一般方法来研究地质学的科学。数字矿产勘查是数字地质学在矿产勘查中的应用,以减少找矿的不确定性。     

Quantitative Geoscience and Geological Big Data Development: A Review

After long-term development, mathematical geology has today become an independent discipline. Big Data science, which has become a new scientific paradigm in the 21 st century, gives rise to the geological Big Data, i.e. mathematical geology and quantitative geoscience. Thanks to a robust macro strategy for big data, China’s quantitative geoscience and geological big data’s rapid development meets present requirements and has kept up with international levels. This paper presents China’s decade-long achievements in quantitative prediction and assessment of mineral resources, geoscience information and software systems, geological information platform development, etc., with an emphasis on application of geological big data in informatics, quantitative mineral prediction, geological environment and disaster management, digital land survey, digital city, etc. Looking ahead, mathematical geology is moving towards "Digital Geology", "Digital Land" and "Geological Cloud", eventually realizing China’s grand "Digital China" blueprint, and these valuable results will be showcased on the international academic arena.     

纳米地球科学:内涵与意义

纳米地球科学是纳米科技与地球科学的结合,是一门高度综合的交叉学科,很难划分出经典意义上的单科性研究.纳米地球科学的研究对象主要分为纳米物质与纳米孔隙,二者成因多样、尺度效应明显、广泛分布,对于前者,主要通过各类图像表征手段观察其形态、大小、聚集方式,通过各类谱学方法研究其晶体结构、分子结构等;对于后者,则主要通过图像表征手段、流体注入方法与数值模拟的结合来表征孔隙形态、孔径分布、连通性等特征.纳米地球科学的学科内涵主要体现于:在各传统地球科学学科研究的基础和框架上,针对地球不同圈层中纳米尺度微粒形成、运移、聚集和存在形式以及孔隙形成与演化等亟待解决的科学问题开展系统研究,从而加深对矿物、岩石、构造、地化以及资源、灾害、环境等分支学科纳米尺度特性的认知.纳米地球科学的产生与发展使人类在认识和改造自然方面进入了一个新层次,是地球与行星科学发展的必然途径,为矿床勘探、资源开发、新能源利用、环境污染和地质灾害的预防与治理等问题提供了新的理论依据,有着不可估量的科学意义和应用价值.      

多元地学数据信息处理及解译在西秦岭地区金矿找矿中的应用

多元地学数据信息处理及其在综合找矿中的应用，以其信息量大、多方位、立体化、快速高效等特点，近年来受到普遍重视。作者在秦岭成矿带甘肃段（西秦岭地区）约５万ｋｍ２范围内，利用最新的地质、矿产、物化探、遥感等方面资料，开展金矿多元地学数据信息处理和综合分析解译，研究多元地学信息特征及其与金矿的关系和成矿地质环境，查明了深部构造和岩浆活动规律，建立三维空间的金矿找矿模型，寻找金成矿有利区。实践表明，该研究方法在金矿资源调查和分析研究区域地质构造方面有着显著的地质效果。     

区块链视角下地学数据共享研究

数据密集型科研范式下的地学数据共享是地学研究的重要内容. 在分析地学数据特点、共享现状、现有问题以及区块链技术架构、基本原理、应用特点的基础上, 探讨区块链技术在地学数据共享领域中的应用场景, 以期地学机构能够借助区块链技术更好地管理数据资产、推动地学数据共享研究与应用.     

关于中国大陆动力学与造山带研究的几点思考

根据人类社会和我国发展的新需求和当代地学的新发展，就我国大陆动力学造山带研究的学术思路、起点、科学目标和关键科学问题与主要研究内容及方法进行了分析讨论，提出了几点思考建议。面对地学 发展的挑战与机遇，制定地学前沿领域研究战略，面向全球，从我国大陆地质实际出发，充分发挥地域优势与特色，突出中国大陆动力学关键科学问题，建立持续研究基地，重点解剖，重点突破。以大陆动力学研究为突破口、源头创新，参与国际地学发展与竞争，进入世界地学先进行列，为我国从地学大国走向地学强国而努力，作为中国应有的贡献。