蔣 恕，王 帥，祁士華，程萬強(qiáng)，曠 健，黃學(xué)蓮，田 峰，肖志才

1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）資源學(xué)院，武漢430074；2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）環(huán)境學(xué)院，武漢430074；3.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）生物地質(zhì)與環(huán)境地質(zhì)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢430074；4.中國(guó)電建集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，杭州311122

在過去的20年中，各個(gè)領(lǐng)域都出現(xiàn)了大規(guī)模的數(shù)據(jù)增長(zhǎng)，包括基礎(chǔ)科學(xué)和各應(yīng)用領(lǐng)域等等。大數(shù)據(jù)的特點(diǎn)是是數(shù)據(jù)量巨大，無法通過簡(jiǎn)單的方式進(jìn)行管理，并且具有數(shù)據(jù)量大（Volume）、模態(tài)多（Variety）、更新速度快（Velocity）、真?zhèn)坞y辨（Veracity）等特點(diǎn)（Hey et al.,2009;張引等,2013;吳沖龍等,2016;羅建民,2019）。大數(shù)據(jù)應(yīng)用就是利用數(shù)據(jù)分析的方法，從大數(shù)據(jù)中挖掘有效信息，為用戶提供輔助決策，實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)價(jià)值的過程。大數(shù)據(jù)科學(xué)已經(jīng)成為科學(xué)研究的第四范式（Hey et al.,2009;郎楊琴和孔麗華,2012;Ceci et al.,2014;Chen et al.,2016;吳沖龍等,2016)，傳統(tǒng)的單一學(xué)科研究已經(jīng)很難適應(yīng)社會(huì)發(fā)展的需求。地質(zhì)學(xué)是典型的數(shù)據(jù)密集型科學(xué)（陳建平等,2015;楊宗喜等,2013），基于此此背景，國(guó)際地質(zhì)科學(xué)聯(lián)會(huì)（IUGS）支持發(fā)起了“深時(shí)數(shù)字地球”（Deep-time Digital Earth，DDE）國(guó)際大科學(xué)計(jì)劃，目的是建立新的全球公開共享的地質(zhì)大數(shù)據(jù)平臺(tái)，利用大數(shù)據(jù)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)和探索行星地球及其多圈層演化規(guī)律和耦合關(guān)系。

地?zé)豳Y源具有清潔、儲(chǔ)量大、可持續(xù)發(fā)展的特點(diǎn)，但當(dāng)前地?zé)豳Y源無論用于發(fā)電還是其他直接應(yīng)用在效率上都相對(duì)低下。根據(jù)能源信息署報(bào)道，2018年美國(guó)地?zé)岚l(fā)電不到美國(guó)總發(fā)電容量的1%（International Energy Agency 2018）。主要的原因是當(dāng)前勘探發(fā)現(xiàn)的水熱型地?zé)嵯到y(tǒng)數(shù)量有限。目前大量的水熱型地?zé)嵯到y(tǒng)還沒有進(jìn)行勘探，并且干熱巖還處于實(shí)驗(yàn)階段（陸川和王貴玲,2015;曾義金,2015;Olasolo et al.,2016a,b;Zhu et al.,2015;Watson et al.,2019），僅有美國(guó)、法國(guó)、德國(guó)等8個(gè)國(guó)家開展試驗(yàn)。通過多指標(biāo)綜合判斷潛在的地?zé)崮苡欣麉^(qū)的可開發(fā)性，是地?zé)峥碧脚c開發(fā)面臨的最重要挑戰(zhàn)。過去由于資料有限，地?zé)岬目碧街饕恳巴鉁厝额^、溫度指示礦物、熱流測(cè)試、鉆井測(cè)量溫度等。隨著大量數(shù)據(jù)的積累，地?zé)嵫芯空唛_始采用石油勘探中綜合沉積體系、烴源巖、蓋層、圈閉等數(shù)據(jù)資料預(yù)測(cè)潛在油氣藏分布的有利區(qū)帶分析方法（Play Fairway Analysis）來預(yù)測(cè)有利地?zé)釁^(qū)的分布（Fisher and Mudge,1991;Erdlac,2007;Siler et al.,2017;Wannamaker et al.,2017;Faulds et al.,2018;Lindsey et al.,2018），其中的基本條件之一就是需要建立專業(yè)地?zé)釘?shù)據(jù)庫。

地?zé)釋W(xué)是DDE國(guó)際大科學(xué)計(jì)劃的發(fā)展內(nèi)容之一，也是地?zé)豳Y源勘探和開發(fā)的理論基礎(chǔ)，因此建立科學(xué)合理的地?zé)釘?shù)據(jù)庫顯得尤為必要。本文將介紹國(guó)內(nèi)外已有的地?zé)釘?shù)據(jù)庫建設(shè)及運(yùn)行情況，并列舉大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的地?zé)豳Y源勘探的案例，為DDE全球地?zé)釘?shù)據(jù)庫的建設(shè)提供重要參考。

1 地?zé)嵯嚓P(guān)數(shù)據(jù)庫建設(shè)及運(yùn)行概況

目前，中國(guó)擁有較豐富的地?zé)釘?shù)據(jù)，但尚缺乏專業(yè)的地?zé)釘?shù)據(jù)庫。中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局“地質(zhì)云”中，零星的地?zé)釘?shù)據(jù)主要包含在以水文信息數(shù)據(jù)庫中。中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)研究所積累了大量的地?zé)峄A(chǔ)數(shù)據(jù)、野外水樣數(shù)據(jù)、同位素測(cè)試成果、水質(zhì)分析、各省和典型地?zé)崽锏責(zé)豳Y源綜合評(píng)價(jià)、地?zé)峋C合描述等地?zé)釘?shù)據(jù)資料，但相關(guān)數(shù)據(jù)庫還在建設(shè)中；中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所胡圣標(biāo)等也正在構(gòu)建中國(guó)大陸及海域的大地?zé)崃鲾?shù)據(jù)庫(Jiang et al.,2019)；其他單位如石油公司、地勘單位和部分地方政府等，建有各單位收集的地?zé)豳Y料庫?？傮w而言，國(guó)內(nèi)地?zé)釘?shù)據(jù)庫建設(shè)還處于起步階段，多數(shù)數(shù)據(jù)庫不具備有效的數(shù)據(jù)查詢和數(shù)據(jù)分析功能。

國(guó)外的有全球地?zé)釘?shù)據(jù)庫（Global heat-flow database），美國(guó)國(guó)家地?zé)釘?shù)據(jù)系統(tǒng)（National Geothermal Database Systerm，NGDS）、國(guó)際地?zé)釁f(xié)會(huì)的數(shù)據(jù)庫(International Geothermal Association,IGA)的地?zé)崽飻?shù)據(jù)庫、AAPG的Geothermal Survey of North America(GSNA)、 Global Gravity dataset、GETECH、一些國(guó)家和地區(qū)的數(shù)據(jù)庫（如歐洲的GEODH、冰島的地?zé)釘?shù)據(jù)庫、意大利的國(guó)家地?zé)釘?shù)據(jù)庫、德國(guó)的地?zé)嵝畔⑾到y(tǒng)等）、政府機(jī)構(gòu)（如美國(guó)能源部的GDR）、各國(guó)地調(diào)局（如美國(guó)地調(diào)局USGS）、地?zé)釁f(xié)會(huì)的數(shù)據(jù)庫（IGA，GRC）和項(xiàng)目數(shù)據(jù)庫等。但國(guó)際上的地?zé)釘?shù)據(jù)庫也都有優(yōu)缺點(diǎn)，比如IGA的地?zé)釘?shù)據(jù)庫雖然有大量的會(huì)議論文和地?zé)岱植嫉膱D件，但沒有數(shù)字化，不具備地?zé)豳Y料空間成圖和數(shù)據(jù)分析功能。美國(guó)地調(diào)局的地?zé)釘?shù)據(jù)庫主要分布在美國(guó)西部。美國(guó)地?zé)崮苎芯壳把赜^測(cè)計(jì)劃（Frontier Observation for Research in Geothermal Energy,FORGE）干熱巖前沿觀測(cè)數(shù)據(jù)庫雖然有項(xiàng)目的所有地質(zhì)、地球物理、地化、鉆井、壓裂等數(shù)據(jù)，但沒有統(tǒng)一數(shù)據(jù)格式的數(shù)據(jù)庫，目前FORGE項(xiàng)目的數(shù)據(jù)已經(jīng)接入NGDS數(shù)據(jù)庫。目前全球很多機(jī)構(gòu)都有自己的地?zé)釘?shù)據(jù)庫，各有特點(diǎn)，但現(xiàn)有地?zé)釘?shù)據(jù)庫沒有深度的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析功能，其發(fā)展趨勢(shì)是地?zé)釘?shù)據(jù)庫系統(tǒng)漸漸變?yōu)榛诰W(wǎng)頁和地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫。

1.1 美國(guó)國(guó)家地?zé)釘?shù)據(jù)系統(tǒng)NGDS

美國(guó)國(guó)家地?zé)釘?shù)據(jù)系統(tǒng)（National Geothermal Data System,NGDS，http://geothermaldata.org/） 作為支持奧巴馬總統(tǒng)的開放數(shù)據(jù)政策以及2009年美國(guó)恢復(fù)和再投資法案的一部分，由美國(guó)能源部地?zé)峒夹g(shù)計(jì)劃資助，并于2014年5月28日正式宣布啟用（楊宗喜等,2013;Anderson et al.,2013）。NGDS是一個(gè)集存儲(chǔ)庫和數(shù)據(jù)站點(diǎn)的分布式網(wǎng)絡(luò)，通過采用最先進(jìn)的信息科學(xué)來提供對(duì)高質(zhì)量和綜合地?zé)釘?shù)據(jù)的訪問并通過數(shù)據(jù)可視化更好地理解地下的地?zé)崮埽–lark et al.,2013）。NGDS主要通過確定地?zé)釢摿?，指?dǎo)勘探和開發(fā)，制定數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的政策決策，最大限度降低開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)等方式幫助研究人員認(rèn)識(shí)并開發(fā)地?zé)崮?。NGDS主要貢獻(xiàn)單位為美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局（United States Geological Survey，USGS），南衛(wèi)理公會(huì)大學(xué)（Southern Methodist Universsity，SMU）和美國(guó)國(guó)家地質(zhì)學(xué)家協(xié)會(huì)（American Association of State Geologists， AASG）（Clark et al.,2013;Anderson et al.,2013）。

NDGS建立在美國(guó)地球科學(xué)信息網(wǎng)絡(luò)（U.S.Geoscience Information Network,usgin）的基礎(chǔ)上，允許第三方開發(fā)應(yīng)用程序（Arcgis，UDig，QGIS，GvSIG）訪問。代碼存儲(chǔ)在usgin-github存儲(chǔ)庫中，并通過usgin實(shí)驗(yàn)室的開發(fā)人員論壇進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。NGDS旨在使用分層數(shù)據(jù)傳輸方案（表1），Tier 3數(shù)據(jù)采集是首選方案（圖1）。該傳輸方案允許必要的靈活性以適應(yīng)任何形式的非托管遺留數(shù)據(jù)，以及標(biāo)準(zhǔn)化內(nèi)容模型和/或交換格式中的高價(jià)值數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)使用社區(qū)治理方案來采用新的交換格式，并提供一個(gè)存儲(chǔ)庫，其中所有人都可以使用每個(gè)數(shù)據(jù)交換的規(guī)范。有關(guān)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的其他信息參見Clark等（2013）。

NGDS是基于使用頂級(jí)NGDS資源來表示NGDS系統(tǒng)中任何資源的模型，NGDS資源可以進(jìn)一步分類為數(shù)據(jù)資源、元數(shù)據(jù)或注釋（圖2）。NGDS包含八個(gè)數(shù)據(jù)來源：Wisconsin Geological&Natural History Survey NGDS Node，Geothermal DataRepository,Testharvestusgin，USGIN Geothermal Catalog,Alaska NGDS node， USGS， Energy&Geoscience Institute GINstack node,Southern Methodist University Geothermal Laboratory。最近更新時(shí)間為2019年8月22日，共計(jì)87091個(gè)數(shù)據(jù)集，包括全球（主要為美國(guó)）的井測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)、地?zé)崽荻取⒒顒?dòng)斷層和地球化學(xué)分析等。數(shù)據(jù)集包括與地?zé)嵯嚓P(guān)的地球物理、地球化學(xué)、構(gòu)造活動(dòng)、斷層特征、接觸帶特征、地質(zhì)單元、測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)、井頭觀察、測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)、水化學(xué)和熱導(dǎo)率等數(shù)據(jù)。迄今為止可用的內(nèi)容模型包括：水化學(xué)、鉆孔測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)、鉆孔測(cè)溫觀測(cè)、數(shù)據(jù)交換、直接使用功能、鉆桿測(cè)試觀測(cè)、斷層特征、流體注入、地質(zhì)接觸帶特征、地質(zhì)單元特征、地?zé)釁^(qū)、地?zé)崃黧w產(chǎn)生、地?zé)岚l(fā)電廠、熱流、熱泵設(shè)施、巖性間隔記錄特征、元數(shù)據(jù)、物理樣品、放射性產(chǎn)熱、地震事件、導(dǎo)熱系數(shù)、熱/溫泉特征、火山噴口、井流體及井頭和測(cè)井觀測(cè)等（每個(gè)模型的詳細(xì)見http://geothermaldata.org/page/ngds-content-models）。

表1 NDGS分層數(shù)據(jù)采集方案Table 1 A tiered data acquisition scheme for NGDS

除此之外，NGDS的有利區(qū)分析團(tuán)隊(duì)正在開展專門針對(duì)NGDS數(shù)據(jù)的新型勘探和開發(fā)分析軟件或模型，包括為地?zé)犭娏π袠I(yè)開發(fā)的可通過Web訪問的繪圖工具NREL Geothermal Prospector，一種用于從文本或位置搜索加載和顯示NGDS WFS的Web應(yīng)用程序NGDS Data Explorer，幫助用戶評(píng)估可能與給定地?zé)豳Y源發(fā)電相關(guān)的資源潛力和財(cái)務(wù)風(fēng)險(xiǎn)的地?zé)峤鹑陲L(fēng)險(xiǎn)分類和評(píng)估工具GeoFRAT以及用于模擬當(dāng)前可用的美國(guó)地?zé)犭娏ο到y(tǒng)的估計(jì)性能和成本的地?zé)犭娏夹g(shù)評(píng)估模型GETEM。

圖1 Tier 3數(shù)據(jù)集的NGDS數(shù)據(jù)項(xiàng)的頂級(jí)模型Fig.1 Top level model of NGDS data items for Tier 3 data set

圖2 NGDS高級(jí)數(shù)據(jù)模型Fig.2 High level NGDS data model

1.2 歐洲地?zé)釁^(qū)域供暖數(shù)據(jù)庫GEODH

歐洲地?zé)釁^(qū)域供暖數(shù)據(jù)庫（Geothermal District Heating,GEODH，http://geodh.eu/），是由歐盟資助的GEODH項(xiàng)目（2011～2014）所開發(fā)的關(guān)于歐洲地?zé)釁^(qū)域供暖信息的數(shù)據(jù)庫，由歐洲地?zé)崮茉次瘑T會(huì)管理（EGEC），以開放標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)提供地質(zhì)數(shù)據(jù)始終是GEODH的一項(xiàng)關(guān)鍵任務(wù)，其數(shù)據(jù)可通過開源軟件產(chǎn)品獲得。

該數(shù)據(jù)庫網(wǎng)站對(duì)歐洲的GEODH現(xiàn)狀、市場(chǎng)、管理、金融和潛力進(jìn)行了介紹。歐洲有超過5000的區(qū)域供暖系統(tǒng)，其中地?zé)釁^(qū)域供暖系統(tǒng)只有240多個(gè)，占比小；超過25%的歐盟人口生活在直接適合地?zé)釁^(qū)域供暖的地區(qū)，GEODH系統(tǒng)在22個(gè)歐盟國(guó)家投入運(yùn)營(yíng)，潛力巨大。該數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)資源主要是歐洲14個(gè)項(xiàng)目成員國(guó)的GeoDH項(xiàng)目成果，包括裝機(jī)容量、DH深度、注入井生產(chǎn)井的地?zé)豳Y源溫度、地?zé)崃黧w速率等參數(shù)。GEODH項(xiàng)目旨在克服地?zé)釁^(qū)域供暖發(fā)展的非技術(shù)障礙，尤其是提高國(guó)家當(dāng)局決策者對(duì)地?zé)峁┡夹g(shù)潛力的認(rèn)識(shí)，制定簡(jiǎn)化行政和監(jiān)管的戰(zhàn)略，并在某些情況下填補(bǔ)監(jiān)管空白，發(fā)展創(chuàng)新型金融模式。

GEODH數(shù)據(jù)庫還提供了基于web的GIS視圖，用于為GEODH項(xiàng)目成員國(guó)提供在歐洲范圍內(nèi)根據(jù)深部地?zé)釢摿Γㄖ饕峁┑乇硪韵? km范圍）和現(xiàn)有熱需求確定未來GEODH潛在靶區(qū)。圖3顯示了web視圖示例，表2為圖3中的圖層分類列表，根據(jù)所選不同的分類疊加可進(jìn)行更深入研究，使用戶能夠從不同角度對(duì)地?zé)釢摿M(jìn)行比較，從而對(duì)地?zé)釢摿M(jìn)行更準(zhǔn)確的評(píng)估。例如：可以通過勾選不同的分類選出在1 km深度下溫度高于50℃，2 km深度下溫度高于90℃，以及熱流密度大于90 mW/m2的范圍。根據(jù)不同圖層結(jié)合底圖可以繪制成點(diǎn)位分布圖或者等值線圖；該數(shù)據(jù)庫還可以根據(jù)地區(qū)進(jìn)行查詢，用于對(duì)同一地區(qū)不同分類條目進(jìn)行分析。

圖3 GEODH基于網(wǎng)頁和地理信息系統(tǒng)的地?zé)岱植际纠鼺ig.3 Web GIS of GEODH’s geothermal distribution

表2 GEODH基于地理信息系統(tǒng)的圖層（子圖層分類未列出）Table 2 Layers of Web GIS of GEODH(Sublayers not listed)

1.3 美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局?jǐn)?shù)據(jù)庫

美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局（U.S.Geological Survey,USGS）是美國(guó)內(nèi)政部所屬的公益性科學(xué)研究機(jī)構(gòu)，負(fù)責(zé)對(duì)自然災(zāi)害、地質(zhì)、礦產(chǎn)資源、地理與環(huán)境、野生動(dòng)植物信息等方面的科研、監(jiān)測(cè)、收集、分析；對(duì)自然資源進(jìn)行全國(guó)范圍的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)和評(píng)估（魏春生,1993），為決策部門和公眾提供廣泛、高質(zhì)量、及時(shí)的科學(xué)信息。USGS根據(jù)其職責(zé)定位，自成立以來，為社會(huì)和公眾提供了豐富的地質(zhì)信息產(chǎn)品，涵蓋專業(yè)范圍廣，產(chǎn)品的質(zhì)量高。

USGS根據(jù)其職責(zé)定位和歷年來工作成果，于2016年在其網(wǎng)站上推出了USGS地質(zhì)信息產(chǎn)品系列，主要包括七大類，分別是數(shù)據(jù)和工具、地圖、出版物、圖書館、軟件、多媒體庫和公園通行證（張明超等,2016;圖4）。

圖4 美國(guó)地調(diào)局?jǐn)?shù)據(jù)庫內(nèi)容（張明超等,2016）Fig.4 Content of USGS database

USGS的數(shù)據(jù)都是能是在統(tǒng)一的地理信息中以合適的數(shù)據(jù)格式直接輸入到相應(yīng)軟件系統(tǒng)中的數(shù)字信息，直接用于在科學(xué)、工程或商業(yè)環(huán)境中的實(shí)際應(yīng)用分析。數(shù)據(jù)和工具類產(chǎn)品目前主要包括數(shù)據(jù)和工具主題、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、應(yīng)用程序接口、科學(xué)數(shù)據(jù)目錄、科學(xué)數(shù)據(jù)集、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)管理工具、GIS數(shù)據(jù)。

為了推進(jìn)地?zé)嵫芯浚愿玫夭槊鞯責(zé)豳Y源、開發(fā)地?zé)崮芗霸u(píng)價(jià)地?zé)衢_發(fā)的影響，USGS地?zé)豳Y源調(diào)查項(xiàng)目通過應(yīng)用廣泛的研究方法來描述資源發(fā)生、執(zhí)行監(jiān)視和開發(fā)資源評(píng)估，從地?zé)峥碧?、開發(fā)和評(píng)估研究中收集并公開提供相關(guān)數(shù)據(jù)。USGS提供了218本地?zé)豳Y源相關(guān)的出版物，涵蓋了地?zé)崮茉吹目辈臁㈤_采和利用；提供了地?zé)豳Y源的可下載數(shù)據(jù)和地圖，包括美國(guó)西部中低溫地?zé)嵯到y(tǒng)的分布圖，地?zé)釢摿c(diǎn)的互動(dòng)地圖等，互動(dòng)地圖上可以快速地進(jìn)行標(biāo)記和繪圖。提供了新墨西哥州梅斯拉盆地1972年至2018年間收集的379個(gè)鉆孔溫度剖面的數(shù)據(jù)匯編，包括樣本日期、測(cè)量方法和鉆孔類型。

1.4 國(guó)際地?zé)釁f(xié)會(huì)和地?zé)豳Y源委員會(huì)

國(guó)際地?zé)釁f(xié)會(huì)（International Geothermal Association,IGA，www.geothermal-energy.org） 是地?zé)豳Y源研究和開發(fā)領(lǐng)域世界領(lǐng)先的權(quán)威機(jī)構(gòu)，在至少65個(gè)國(guó)家/地區(qū)擁有近5000名成員。IGA的目標(biāo)是通過在地?zé)釋＜?、商業(yè)界、政府代表、聯(lián)合國(guó)組織、民間社會(huì)和公眾之間發(fā)布科學(xué)和技術(shù)信息，鼓勵(lì)全球范圍內(nèi)的地?zé)豳Y源的研究、開發(fā)和利用。它聯(lián)結(jié)全球地?zé)豳Y源研究和開發(fā)團(tuán)隊(duì)，制定地?zé)嵝袠I(yè)標(biāo)準(zhǔn)，提供全球能源開發(fā)利用方面的執(zhí)行方案和技術(shù)支持，促進(jìn)全球地?zé)衢_發(fā)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)建設(shè)，并為處于地?zé)衢_發(fā)早期階段的國(guó)家提供特別支持。

另外一個(gè)國(guó)際地?zé)峤M織地?zé)豳Y源委員會(huì)（GeothermalResourcesCouncil，GRC，geothermal.org）是非營(yíng)利性的專業(yè)教育協(xié)會(huì)，成立于1970年。GRC在40多個(gè)國(guó)家/地區(qū)擁有1000多個(gè)會(huì)員，占IGA會(huì)員總數(shù)的20%，積極尋求擴(kuò)大其作為國(guó)際地?zé)峤缰饕獙I(yè)教育協(xié)會(huì)的作用。GRC通過其外展，信息傳遞和教育服務(wù)，成為其成員持續(xù)專業(yè)發(fā)展的聯(lián)絡(luò)點(diǎn)。

IGA、GRC創(chuàng)立的地?zé)釘?shù)據(jù)庫包含42000多條記錄，并可訪問超過21000個(gè)PDF文件，涉及地?zé)崮茉吹目碧健醿?chǔ)工程、地?zé)岚l(fā)電廠設(shè)計(jì)和運(yùn)行、直接利用、地源熱泵、能源政策、能源市場(chǎng)、新聞宣傳等方方面面。IGA的論文數(shù)據(jù)庫包括在地?zé)釙?huì)議和活動(dòng)中發(fā)表的科學(xué)地?zé)嵴撐?，該?shù)據(jù)庫目前包含18157篇技術(shù)論文，并對(duì)外開放網(wǎng)上檢索下載功能。

2 基于地?zé)岽髷?shù)據(jù)的地?zé)峥碧窖芯?/h2>

2.1 內(nèi)華達(dá)州地?zé)岚l(fā)電潛力評(píng)估

美國(guó)可再生能源實(shí)驗(yàn)室（National Renewable Energy Laboratory，NREL）開發(fā)了基于NGDS等數(shù)據(jù)庫的地?zé)峥碧杰浖礼eothermal Prospector，能提供數(shù)據(jù)的空間可視化、數(shù)據(jù)分析和預(yù)測(cè)勘探目標(biāo)等功能。該軟件數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)包括環(huán)境、地質(zhì)、勘查、地?zé)嵯嚓P(guān)數(shù)據(jù)（溫度、溫泉、確定的地?zé)嵯到y(tǒng)等）、基礎(chǔ)設(shè)施、土地?fù)碛袡?quán)和租賃等。該系統(tǒng)為地?zé)峥碧教峁┍姸嘈畔ⅲ绛h(huán)保條件、地理和基礎(chǔ)設(shè)施、交通、地形、水文條件等（圖5）。

利用該軟件先通過政府規(guī)定環(huán)保敏感區(qū)剔除不能勘探的區(qū)域，然后根據(jù)基礎(chǔ)地質(zhì)、溫度、地化、巖石學(xué)和前期勘探成果等數(shù)據(jù)庫，通過疊加斷層、溫度、火山巖、已知水熱地?zé)嵯到y(tǒng)的數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)地下3 km潛在的地?zé)岬馁Y源分布，清晰顯示內(nèi)華達(dá)州Reno周緣及猶他州南部Beaver周緣高溫和斷裂發(fā)育區(qū)域是有利的地?zé)峥碧絽^(qū)（圖6）。通過大量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的井底溫度也可以看出淺層到3 km溫度基本都高于210℃（圖7）。在此基礎(chǔ)上可以預(yù)測(cè)不同地方的地?zé)岚l(fā)電潛力（圖8）。

圖5 美國(guó)西部地?zé)峥碧綏l件評(píng)估圖Fig.5 Assessment map of geothermal exploration conditions in the western United States

圖6 美國(guó)西部地下3 km潛在地?zé)豳Y源分布預(yù)測(cè)Fig.6 Prediction of geothermal resource potential distribution of 3 km underground in the western United States

2.2 有利區(qū)帶法預(yù)測(cè)地?zé)豳Y源潛力

為了從深層熱儲(chǔ)中增加30兆瓦的地?zé)岚l(fā)電，美國(guó)能源部借鑒石油勘探的有利區(qū)帶分析方法，資助內(nèi)華達(dá)大學(xué)里諾分校、猶他大學(xué)、猶他州立大學(xué)、夏威夷大學(xué)、華盛頓州地質(zhì)和資源局、紅寶石山公司等，在地表沒有顯示的低勘探程度或者未勘探地區(qū)，利用有利區(qū)帶分析方法預(yù)測(cè)深部地?zé)豳Y源的潛力。Faulds等（2018）利用有利區(qū)帶預(yù)測(cè)方法，在考慮構(gòu)造背景、斷層活動(dòng)年齡、斷距、斷裂活動(dòng)速率、滲透率、熱源以及這些參數(shù)不同權(quán)重的基礎(chǔ)上預(yù)測(cè)了最有潛力的地?zé)嵯到y(tǒng)的分布和勘探目標(biāo)。其中活動(dòng)的構(gòu)造背景、大斷層、年輕斷層、年輕的火山活動(dòng)、高熱流、高地溫、有高溫地質(zhì)溫度計(jì)指示等位預(yù)測(cè)地?zé)嵊欣〈挠欣麠l件，與之相對(duì)的則為不利條件?？碧綕摿^(qū)分布在活動(dòng)大的幾個(gè)斷層交匯處，并且地溫計(jì)和測(cè)溫指示高溫、地球物理顯示有熱源的地方（圖9）。

圖7 Reno東部到猶他州南部Beaver周緣地?zé)豳Y源潛力分析Fig.7 Analysis of geothermal resources potential from the eastern part of Reno to Beaver in southern Utah

圖8 美國(guó)地調(diào)局預(yù)測(cè)的美國(guó)西部地?zé)岚l(fā)電潛力圖Fig.8 USGS forecasted geothermal power potential map in the western United States

圖9 多指標(biāo)疊加的布格異常模型圖(據(jù)Faulds et al.,2018修改）Fig.9 Map of complete Bouguer anomaly model with multiple index(from Faulds et al.,2018)

Siler等(2017）利用石油有利區(qū)帶分析的方法，用模糊邏輯（fuzzy logic）方法分析斷層、火山年齡、構(gòu)造背景、熱流、溫度等參數(shù)，預(yù)測(cè)出地?zé)豳Y源高勘探和低勘探潛力區(qū)，并且根據(jù)數(shù)據(jù)的多少和資料可靠程度等給出了勘探的風(fēng)險(xiǎn)（圖10）。

美國(guó)夏威夷地區(qū)是火山活動(dòng)地區(qū)，但地?zé)豳Y源勘探開發(fā)進(jìn)展緩慢。Ito等（2017）綜合重力、斷裂、火山、地下水、地化、溫度、電阻等資料，通過線性模型聯(lián)合定量表征關(guān)鍵地?zé)豳Y源參數(shù)(如異常高地?zé)帷B透率和流體)，計(jì)算出地?zé)崆熬皡^(qū)成功概率，采用該有利區(qū)帶預(yù)測(cè)的方法成功預(yù)測(cè)了夏威夷的地?zé)豳Y源潛力分布，認(rèn)為夏威夷Kilauea東部裂谷PGV地?zé)犭娬靖浇懈蟮牡責(zé)釢摿Γ欣麉^(qū)分布在Kilaurea和Mauna高地地區(qū)，這些被溫度達(dá)100多度的氣孔所證實(shí)。但該方法的預(yù)測(cè)精度取決于地下水模型的準(zhǔn)確性，而地下水模型空間變化較大，是有利區(qū)帶預(yù)測(cè)的難點(diǎn)所在。

圖10 美國(guó)西部Modoc研究區(qū)基于模糊邏輯方法的總地?zé)峥碧降挠欣院惋L(fēng)險(xiǎn)評(píng)估圖（使用模糊邏輯方法分析斷層長(zhǎng)度，斷層年齡，斷層應(yīng)力狀態(tài)，構(gòu)造背景，熱量和地溫測(cè)量數(shù)據(jù)；Siler等，2017b）Fig.10 Total geothermal favorability and exploration risk for the Modoc study area in the western US(Using fuzzy logic method to analyze the fault length,fault age,fault stress state,structure setting,heat,and geothermometry data;from Siler et al.,2017)

猶他大學(xué)能源與地學(xué)研究院（Energy&Geoscience Institute at the University of Utah），內(nèi)華達(dá)大學(xué)里諾分校（University of Nevada-Reno,UNR）和勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（Lawrence Berkeley National Laboratory,LBNL）的地?zé)峒夹g(shù)項(xiàng)目組，一直在應(yīng)用大地電磁場(chǎng)（Magnetotelluric,MT）、土壤氣體通量和構(gòu)造分析來識(shí)別美國(guó)大盆地伸展體系中隱藏的高焓地?zé)嵯到y(tǒng)。利用地球物理方法（如MT）尋找縱向的低電阻率地質(zhì)結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)通?？梢詫⑸畈康貧ぶ械膸r漿或高變質(zhì)條件下的流體輸送到可利用的深度，并通過土壤氣體地球化學(xué)成分來驗(yàn)證深源的性質(zhì)（Wannamaker et al.,2017）。猶他大學(xué)主要采用概率克里金法數(shù)據(jù)分析方法和多標(biāo)準(zhǔn)決策系統(tǒng)，考慮了第四紀(jì)流紋巖和玄武巖活動(dòng)（權(quán)重為0.25）、熱流（權(quán)重為0.3）、Si、Na/K、Cl及Mg地化溫標(biāo)（權(quán)重0.15）、MT（權(quán)重0.3）表征的熱源和斷裂密度（權(quán)重為0.4）、臨界應(yīng)力（權(quán)重為0.4）和MT（權(quán)重為0.2）表征的滲透率來預(yù)測(cè)潛在地?zé)釁^(qū)，其中熱源和滲透率權(quán)重分別占0.65和0.35。圖11為利用該方法系統(tǒng)預(yù)測(cè)的美國(guó)西部大盆地東部地區(qū)地?zé)嵊欣麉^(qū)尤其是隱藏式地?zé)岬姆植?。預(yù)測(cè)的結(jié)果被現(xiàn)有的地?zé)岚l(fā)電區(qū)域（如RH-Roosevelt Hot Springs電站，CF-Cove Fort電站等）及高溫及高熱異常區(qū)DV-Dog Valley熱異常區(qū)驗(yàn)證（Wannamaker et al.,2017）。

圖11 美國(guó)西部大盆地東部地區(qū)利用有利區(qū)帶分析方法(PFA)模型預(yù)測(cè)的地?zé)嵊欣麉^(qū)預(yù)測(cè)結(jié)果圖Fig.11 Geothermal risk/favorability map for the eastern Great Basin using play fairway analysis(PFA)model

3 結(jié)論及展望

積累的大量的地質(zhì)、地球物理、地球化學(xué)、構(gòu)造、巖石力學(xué)、巖石物理、水文資料、測(cè)溫資料、地質(zhì)溫度計(jì)等數(shù)據(jù)可以被綜合起來預(yù)測(cè)潛在的地?zé)峥碧絽^(qū)。根據(jù)資料的類型以及豐富和可靠程度，用來自石油工業(yè)的有利區(qū)帶分析思路預(yù)測(cè)地?zé)豳Y源分布的有利區(qū)。在定性資料多和定量資料少的情況下，可以用簡(jiǎn)單的地?zé)嵯到y(tǒng)各要素屬性的平面疊加預(yù)測(cè)有利區(qū)域，有利的常規(guī)水熱型地?zé)岱植紖^(qū)具有地溫高、儲(chǔ)層發(fā)育和有利構(gòu)造背景形成高滲透率和大的水流量等條件。若定量資料多而且數(shù)據(jù)可靠，可以結(jié)合模糊邏輯（Fuzzy Logic）或者根據(jù)概率克里金法數(shù)據(jù)分析方法和多標(biāo)準(zhǔn)決策系統(tǒng)以及各要素的權(quán)重等具體數(shù)據(jù)分析方法預(yù)測(cè)有利的地?zé)岱植紖^(qū)。

盡管目前全球各個(gè)國(guó)家都重視地?zé)釘?shù)據(jù)庫的建設(shè)，在歐美已經(jīng)開始利用地?zé)釘?shù)據(jù)庫開展基礎(chǔ)地質(zhì)和地?zé)豳Y源勘探開發(fā)研究，但目前僅剛開始用于有利勘探區(qū)帶預(yù)測(cè)，而且大多數(shù)地?zé)釘?shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)缺乏在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和格式上不統(tǒng)一，很難在地理信息系統(tǒng)（GIS）中查詢和分析數(shù)據(jù)。在世界各國(guó)急需將地?zé)嶙鳛楹笱a(bǔ)清潔能源以及配合DDE大科學(xué)計(jì)劃開展背景下，通過梳理地?zé)嶂R(shí)體系，設(shè)計(jì)新的基于GIS和依據(jù)知識(shí)體系可對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢和分析的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，然后完善我國(guó)和其他全球典型地?zé)釁^(qū)的地?zé)釘?shù)據(jù)庫建設(shè)，通過運(yùn)用深度機(jī)器學(xué)習(xí)的人工智能等計(jì)算機(jī)新技術(shù)對(duì)地?zé)釘?shù)據(jù)庫海量大數(shù)據(jù)進(jìn)行規(guī)律分析，從而預(yù)測(cè)隱藏式地?zé)嵊欣麉^(qū)的分布。同時(shí)，在地?zé)嶂R(shí)體系建設(shè)的基礎(chǔ)上，可以利用機(jī)器學(xué)習(xí)對(duì)海量的地?zé)岽髷?shù)據(jù)進(jìn)行分析，進(jìn)而預(yù)測(cè)地?zé)釋W(xué)各分支學(xué)科的發(fā)展趨勢(shì)和未來地?zé)釋W(xué)的發(fā)展方向。