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

1.中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）資源學(xué)院，武漢430074；2.中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）環(huán)境學(xué)院，武漢430074；3.中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）生物地質(zhì)與環(huán)境地質(zhì)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢430074；4.中國電建集團(tuán)華東勘測設(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，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年美國地?zé)岚l(fā)電不到美國總發(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、法國、德國等8個(gè)國家開展試驗(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、熱流測試、鉆井測量溫度等。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)測潛在油氣藏分布的有利區(qū)帶分析方法（Play Fairway Analysis）來預(yù)測有利地?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。

國外的有全球地?zé)釘?shù)據(jù)庫（Global heat-flow database），美國國家地?zé)釘?shù)據(jù)系統(tǒng)（National Geothermal Database Systerm，NGDS）、國際地?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、意大利的國家地?zé)釘?shù)據(jù)庫、德國的地?zé)嵝畔⑾到y(tǒng)等）、政府機(jī)構(gòu)（如美國能源部的GDR）、各國地調(diào)局（如美國地調(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。美國地調(diào)局的地?zé)釘?shù)據(jù)庫主要分布在美國西部。美國地?zé)崮苎芯壳把赜^測計(jì)劃（Frontier Observation for Research in Geothermal Energy,FORGE）干熱巖前沿觀測數(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 美國國家地?zé)釘?shù)據(jù)系統(tǒng)NGDS

美國國家地?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年美國恢復(fù)和再投資法案的一部分，由美國能源部地?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Γ笇?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)崮堋GDS主要貢獻(xiàn)單位為美國地質(zhì)調(diào)查局（United States Geological Survey，USGS），南衛(wèi)理公會(huì)大學(xué)（Southern Methodist Universsity，SMU）和美國國家地質(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）的井測溫?cái)?shù)據(jù)、地?zé)崽荻?、活?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、測溫?cái)?shù)據(jù)、井頭觀察、測井?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)、鉆孔測溫?cái)?shù)據(jù)、鉆孔測溫觀測、數(shù)據(jù)交換、直接使用功能、鉆桿測試觀測、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、井流體及井頭和測井觀測等（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、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?。怀^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)歐盟國家投入運(yùn)營，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 美國地質(zhì)調(diào)查局?jǐn)?shù)據(jù)庫

美國地質(zhì)調(diào)查局（U.S.Geological Survey,USGS）是美國內(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、收集、分析；對(duì)自然資源進(jìn)行全國范圍的長期監(jiān)測和評(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?，以更好地查明地?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)峥碧健㈤_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?、開采和利用；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、測量方法和鉆孔類型。

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

國際地?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)國家/地區(qū)擁有近5000名成員。IGA的目標(biāo)是通過在地?zé)釋＜摇⑸虡I(yè)界、政府代表、聯(lián)合國組織、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)早期階段的國家提供特別支持。

另外一個(gè)國際地?zé)峤M織地?zé)豳Y源委員會(huì)（GeothermalResourcesCouncil，GRC，geothermal.org）是非營利性的專業(yè)教育協(xié)會(huì)，成立于1970年。GRC在40多個(gè)國家/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?、熱?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、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)測不同地方的地?zé)岚l(fā)電潛力（圖8）。

圖5 美國西部地?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 美國西部地下3 km潛在地?zé)豳Y源分布預(yù)測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)測深部地?zé)豳Y源的潛力。Faulds等（2018）利用有利區(qū)帶預(yù)測方法，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)測地?zé)嵊欣〈挠欣麠l件，與之相對(duì)的則為不利條件。勘探潛力區(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 美國地調(diào)局預(yù)測的美國西部地?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)?、滲透率和流體)，計(jì)算出地?zé)崆熬皡^(qū)成功概率，采用該有利區(qū)帶預(yù)測的方法成功預(yù)測了夏威夷的地?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?，有利區(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)測的難點(diǎn)所在。

圖10 美國西部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度，斷層年齡，斷層應(yīng)力狀態(tài)，構(gòu)造背景，熱量和地溫測量數(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（Magnetotelluric,MT）、土壤氣體通量和構(gòu)造分析來識(shí)別美國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)測的美國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)測的地?zé)嵊欣麉^(qū)預(yù)測結(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，可以用簡單的地?zé)嵯到y(tǒng)各要素屬性的平面疊加預(yù)測有利區(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)測有利的地?zé)岱植紖^(qū)。

盡管目前全球各個(gè)國家都重視地?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，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)測地?zé)釋W(xué)各分支學(xué)科的發(fā)展趨勢和未來地?zé)釋W(xué)的發(fā)展方向。