高校地质学报 26卷1期 文献 年龄+位置… Plate 测试方法 测试元数据 属性 地层柱群 地层柱 吉地理 单元 矿物 项目 岩石属性 时间尺度 地质图单元 地层名称 名称级别 术语 原始地质图 地层名称概念 图2 Macrostrat:数据库核心元素及其关系示意图(据 Peters et al.2018) Fig.2Simplified schematic of core database elements and their relationships in Macrostrat (from Peters et. 2018) 有数值年龄限制的地层单元, Macrostrat以相邻地而是默认遍历整个地质年代间隔,如图3a中的A 层单元的数值年龄为标尺,按照间隔进行内插标单元被限定在整个泥盆系艾菲尔阶,F单元被限定 定,系统不直接赋予数值年龄,但其在时间序列在吉维特阶一弗拉阶。而真实情况是,地层单元 上的位置是确定的。这种管理地层划分方案和地的持续时间往往比它们可以相互关联的地质年代 质年代信息的方法更加简洁、透明,并具有数据间隔要短,因此利用箱式年龄模型进行定量化必 管理优势。 定产生较大的误差。 2.3.2连续年龄模型 为了进行精确的地层量化, Macrostrat提出了 传统的地层划分普遍采取“箱式”年龄模型地层的连续年龄模型(图3),(1)在时间轴上, (图3a),即地层单元没有精确数值年龄的限制 根据古生物谱系、接触关系等时代判断指标,叠 加地层单元A-F;(2)选择顶、底具有数值年龄 箱式年龄模型 连续年龄模型 的地层段,对其内部的岩石分布时间进行调整。 如已知单元A的底部为389Ma,并非遍历艾菲尔 阶,单元F的顶部为380Ma,也并非遍历整个弗 拉阶,则将A-F限定在389-380Ma之间;对于无 精确年龄限定的BCDE单元,将进行内插标定数值 年龄。 Macrostrat建立这一模型的目的是进行时间 轴上的岩石量化,因此不强调各单元之间的物理 接触关系,而强调单元之间的时间连续性。这种 沿时间轴以一定时间间隔获取单元数量的量化方 B A 式,极大的推动了岩石通量随时间演化的研究。 24岩石地层名称和级别 Macrostra通过三种方式来管理岩石地层名 称:(1)标识相同地质实体的地层名称,如“ Takata 图3“箱式”年龄模型(a)与连续年龄模型(b) 砂岩”、“ Nakata组”和“ Nakata砾岩”,会被分别 (据 Peters et a,2018) Fig 3(a)"binned versus(b)continuous age model 储存,但指示相同的岩石单元,同时这些名称会 from Peters et al., 2018) 与附加信息建立关联,包括地质年龄、地理区
高 校 地 质 学 报 2 6 卷 1 期 有数值年龄限制的地层单元，Macrostrat以相邻地 层单元的数值年龄为标尺，按照间隔进行内插标 定，系统不直接赋予数值年龄，但其在时间序列 上的位置是确定的。这种管理地层划分方案和地 质年代信息的方法更加简洁、透明，并具有数据 管理优势。 2.3.2 连续年龄模型 传统的地层划分普遍采取“箱式”年龄模型 （图 3a），即地层单元没有精确数值年龄的限制， 而是默认遍历整个地质年代间隔，如图 3a 中的 A 单元被限定在整个泥盆系艾菲尔阶，F单元被限定 在吉维特阶—弗拉阶。而真实情况是，地层单元 的持续时间往往比它们可以相互关联的地质年代 间隔要短，因此利用箱式年龄模型进行定量化必 定产生较大的误差。 为了进行精确的地层量化，Macrostrat提出了 地层的连续年龄模型 （图3b），（1） 在时间轴上， 根据古生物谱系、接触关系等时代判断指标，叠 加地层单元 A-F；（2） 选择顶、底具有数值年龄 的地层段，对其内部的岩石分布时间进行调整。 如已知单元 A 的底部为 389 Ma，并非遍历艾菲尔 阶，单元 F 的顶部为 380 Ma，也并非遍历整个弗 拉阶，则将A-F限定在389~380 Ma之间；对于无 精确年龄限定的BCDE单元，将进行内插标定数值 年龄。Macrostrat建立这一模型的目的是进行时间 轴上的岩石量化，因此不强调各单元之间的物理 接触关系，而强调单元之间的时间连续性。这种 沿时间轴以一定时间间隔获取单元数量的量化方 式，极大的推动了岩石通量随时间演化的研究。 2.4 岩石地层名称和级别 Macrostrat 通过三种方式来管理岩石地层名 称：（1）标识相同地质实体的地层名称，如“Dakata 砂岩”、“Dakata组”和“Dakata砾岩”，会被分别 储存，但指示相同的岩石单元，同时这些名称会 与附加信息建立关联，包括地质年龄、地理区 图2 Macrostrat数据库核心元素及其关系示意图（据Peters et al., 2018） Fig. 2 Simplified schematic of core database elements and their relationships in Macrostrat (from Peters et al., 2018) (a) (b) 地质年龄/Ma 图3 “箱式”年龄模型(a)与连续年龄模型(b) （据Peters et al., 2018） Fig. 3 (a)“binned”versus (b) continuous age model ( from Peters et al., 2018) 380 375 385 390 32
1期 蒋璟鑫等:沉积学数据库建设与沉积大数据科学硏究进展:以 Macrostrat数据库为例 域、参考文献等;(2)对岩石地层名称建立基于 Macrostrat为数据提供了基于 PLates平台的板块构 从属关系的层级体系,如“ Takata组”是三个造框架,可实现板块构造重建的交互式操作及各 “段”级别的更高一级名称,这样便于访问者以任类数据在地质时间尺度上的可视化,并能够通过 何名称作为关键词访问数据库时,可以获得所有地球动力学计算将 Macrostrat的各类数据与板块构 相关的地层数据;(3)通过u来链接相关岩石地造模型有效结合。 Macrostrat数据与 Plates模型的 层名称术语的原始数据页。 结合是基于 Python语言来实现的,其中, Macrostrat Macrostate术语管理方式,不仅可以满足岩石提供岩石地层单元的地质年龄和现代地理位置 地层名称的高效存储,同时由于其岩石地层名称 Plates提供相应古地理位置,目前只针对560Ma 体系的动态性和关联性,数据库能够及时发现潜以来的古地理重建。 在的歧义和错误术语并进行改善和补充。 2.8系列产品 2.5地质图 为了充分挖掘 Macrostrat的现有数据,其团队 Macrostrat嵌入和链接了4种比例尺的全球地开发了一系列快捷方便的网页端口或者移动端的 质图,目前已涵盖超过200张地质图,超过15000软件工具,满足于各类用户需求。 个 Macrostrat单元。 Macrostrat的地质图数据库存储 (1) Macrostrat Beta 三种信息:(1)基于矢量的原始地图对象(多边 是 Macrostrat专门用于数据访问的网页端口 形、直线、点)及其属性,并将其转换为 Postgis目前已经更新至0.3版本。通过该端口,用户可以 环境;(2)所有进行标准化的地图,包括所有地了解数据库当前的建设情况以及进行相关数据和 质图对象共有的元素;(3)存储地质图对象和文献下载;同时新开发的功能也将在该平台进行 Macrostrat实体的表格。 Macrostrat地质图数据的核示 心是建立地质图多边形与单元之间的联系,同时 (2)Sift 任何其他与 Macrostrat单元相关联的数据,如PBDB 是 Macrostrat的搜索网络界面,是一款面向大 化石数据、古水流测量数据等都可以作为地图多众的可视化信息筛选器,目前可以根据时代、地 边形的属性进行继承,其最终目的是将地质图所层单元、岩性、地层柱、地层柱组、沉积环境 包含的资料和信息用于现场地质考察、数据综合矿产类型对数据进行筛选。但Sif目前无法进行筛 分析等。 选条件的组合,如同时限定岩性和时代,另外也 2.6地形数据 无法做到CSV源文件的导出。 Macrostrat提供美国国家海洋和大气局( National 对于有更精确的数据分析需求的用户 eanic and Atmospheric Administration, NOAA) Fll Macrostrat tE it API(Application Program Interface 美国国家航空和宇宙航行局( National aeronautics应用程序界面)接口,通过AP接口可以实现更自 and Space Administration,NASA)开发的 ETOPO1由的筛选数据,并获得CSⅤ等格式的源数据。用 和SRTM数字高程模型,将这些基于栅格的地形户可以通过网页浏览器按照 Macrostrat的预设规 数据与 Macrostrat基于Gs环境的地理数据相匹则,直接以AP命令行形式访问数据库核心,筛选 配,用户可以通过移动应用程序或者网页界面进并导出数据。 行访问。 2.7 Plates模型 是基于 Macrostrat所收录的地质图开发的网络 古地理环境对地球系统科学的众多问题具有搜索界面,用于检索全球不同比例尺的地质图。 重要意义,如重建气候敏感性沉积岩的时空分布 (4)Rock ( Cao et al,2018)、研究大陆漂移对碳酸盐沉积的 是 Macrostrat团队开发的移动端APP,利用 影响( Walker et al.2002)、探索板块构造与生物 Macrostrat的API进行数据勘探和可视化,内部包 多样性之间的联系( Zaffos et al.,2017)。因此括全球范围的地质图以及指向 Macrostrat和 ① ETOPOI:一种地形高程数据,包括陆地高程数据和海洋海底地形数据 ②sRTM( Shuttle Radar Topography Mission),即航天飞机雷达地形测绘任务,主要任务为获取地表雷达影像,绘制数字地形高程模型(百度百科)
1 期 蒋璟鑫等：沉积学数据库建设与沉积大数据科学研究进展：以Macrostrat数据库为例 域、参考文献等；（2） 对岩石地层名称建立基于 从属关系的层级体系，如“Dakata 组”是三个 “段”级别的更高一级名称，这样便于访问者以任 何名称作为关键词访问数据库时，可以获得所有 相关的地层数据；（3） 通过url来链接相关岩石地 层名称术语的原始数据页。 Macrostrat术语管理方式，不仅可以满足岩石 地层名称的高效存储，同时由于其岩石地层名称 体系的动态性和关联性，数据库能够及时发现潜 在的歧义和错误术语并进行改善和补充。 2.5 地质图 Macrostrat 嵌入和链接了 4 种比例尺的全球地 质图，目前已涵盖超过200张地质图，超过15000 个Macrostrat单元。Macrostrat的地质图数据库存储 三种信息：（1） 基于矢量的原始地图对象 （多边 形、直线、点） 及其属性，并将其转换为PostGIS 环境；（2） 所有进行标准化的地图，包括所有地 质图对象共有的元素；（3） 存储地质图对象和 Macrostrat实体的表格。Macrostrat地质图数据的核 心是建立地质图多边形与单元之间的联系，同时 任何其他与Macrostrat单元相关联的数据，如PBDB 化石数据、古水流测量数据等都可以作为地图多 边形的属性进行继承，其最终目的是将地质图所 包含的资料和信息用于现场地质考察、数据综合 分析等。 2.6 地形数据 Macrostrat提供美国国家海洋和大气局（National Oceanic and Atmospheric Administration, NOAA） 和 美国国家航空和宇宙航行局 （National Aeronautics and Space Administration, NASA） 开发的 ETOPO1① 和SRTM②数字高程模型，将这些基于栅格的地形 数据与 Macrostrat 基于 GIS 环境的地理数据相匹 配，用户可以通过移动应用程序或者网页界面进 行访问。 2.7 Gplates模型 古地理环境对地球系统科学的众多问题具有 重要意义，如重建气候敏感性沉积岩的时空分布 （Cao et al., 2018）、研究大陆漂移对碳酸盐沉积的 影响 （Walker et al., 2002）、探索板块构造与生物 多样性之间的联系 （Zaffos et al., 2017）。因此 Macrostrat为数据提供了基于GPlates平台的板块构 造框架，可实现板块构造重建的交互式操作及各 类数据在地质时间尺度上的可视化，并能够通过 地球动力学计算将Macrostrat的各类数据与板块构 造模型有效结合。Macrostrat数据与Gplates模型的 结合是基于Python语言来实现的，其中，Macrostrat 提供岩石地层单元的地质年龄和现代地理位置， Gplates提供相应古地理位置，目前只针对560 Ma 以来的古地理重建。 2.8 系列产品 为了充分挖掘Macrostrat的现有数据，其团队 开发了一系列快捷方便的网页端口或者移动端的 软件工具，满足于各类用户需求。 （1）Macrostrat Beta 是 Macrostrat 专门用于数据访问的网页端口， 目前已经更新至0.3版本。通过该端口，用户可以 了解数据库当前的建设情况以及进行相关数据和 文献下载；同时新开发的功能也将在该平台进行 展示。 （2）Sift 是Macrostrat的搜索网络界面，是一款面向大 众的可视化信息筛选器，目前可以根据时代、地 层单元、岩性、地层柱、地层柱组、沉积环境、 矿产类型对数据进行筛选。但Sift目前无法进行筛 选条件的组合，如同时限定岩性和时代，另外也 无法做到CSV源文件的导出。 对 于 有 更 精 确 的 数 据 分 析 需 求 的 用 户 ， Macrostrat 提 供 API （Application Program Interface 应用程序界面）接口，通过API接口可以实现更自 由的筛选数据，并获得 CSV 等格式的源数据。用 户可以通过网页浏览器按照 Macrostrat 的预设规 则，直接以API命令行形式访问数据库核心，筛选 并导出数据。 （3）Map 是基于Macrostrat所收录的地质图开发的网络 搜索界面，用于检索全球不同比例尺的地质图。 （4）Rockd 是 Macrostrat 团队开发的移动端 APP，利用 Macrostrat 的 API 进行数据勘探和可视化，内部包 括 全 球 范 围 的 地 质 图 以 及 指 向 Macrostrat 和 ① ETOPO1：一种地形高程数据，包括陆地高程数据和海洋海底地形数据. ② SRTM（Shuttle Radar Topography Mission)，即航天飞机雷达地形测绘任务，主要任务为获取地表雷达影像，绘制数字地形高程模型（百度百科）. 33