李秋立，李 扬，刘春茹，路 凯，覃金堂，王 非，王天天，王银之，吴黎光，杨 传，尹功明，李献华*

1.中国科学院地质与地球物理研究所，北京100029；2.中国地震局地质研究所，北京100029；3.中国地质大学（北京），北京100083；4.NERC Isotope Geosciences Laboratory,British Geological Survey,Keyworth NG12 5GG,UK

1 引言

地质学主要研究地球的物质组成、结构构造、各圈层之间相互作用和演化历史。探索地球的演化历史并探究演化规律，是推测未来发展的基础。这不仅需要厘清地质事件发生的顺序，还需要刻画重要/大地质事件发生的精细过程，以及与其他地质事件的潜在联系（Harrison et al.，2015）。地质年代学的主要任务是标定时间轴，因此这门学科是定量解释地质作用和地质过程的基础，是现代地球科学的支柱学科之一。广义的地质年代学以放射性同位素衰变测年为主体，还包括宇宙射线成因核素定年、辐射损伤测年、磁性地层、旋回地层和生物地层年代学等。测年技术的发展往往能推动地球科学的长足进步，并带动其他学科的发展（Mattinson，2013）。比如，20世纪50年代，美国科学家Clair Patterson通过陨石U-Pb定年将地球年龄限定为～45.5亿年，结束了地球年龄的长期争论（Patterson et al.，1955）。与此同时，年轻玄武岩同位素定年与地磁学研究则直接催生了板块构造理论。随着测试技术的进步和更新，现代地质年代学可测年的对象越来越广泛，对地质问题的认知也越来越细化。不同定年方法相互结合、相互印证、在适用温度范围内相互衔接，所能揭示的地质演化历史也更为完整。

现代地球科学研究对地质事件发生的过程和速率日益关注，对年代学的精确度和准确度提出了更高的需求。在此背景下，以提高时间分辨率为核心目标的“地时计划” （EARTHTIME）应运而生 （Clarke，2003；Kerr，2003；吴怀春等，2011），中国于2013年正式加入并成立“地时—中国”（Earthtime-CN）。在EARTHTIME的引领下，通过稀释剂联合标定和共享，以及不同定年体系之间的交叉校准，U-Pb和Ar-Ar定年体系的精度提高了一个数量级（从＞1%至～0.1%），使千年级分辨率定年成为可能（Condon et al.，2016）。这也使我们可以以前所未有的高时间分辨率对生命灭绝与复苏、火山喷发、岩浆演化与成矿作用等重要地质事件开展精细研究，并识别背后的触发机制。但在此过程中，笔者也越来越清晰地认识到，不同实验室和不同测量方法之间的“系统偏差”是制约高分辨率测年准确度进一步提高的关键因素，也限制了已发表数据的进一步挖掘利用（Renne，1998）。因此，降低“系统偏差”，提高数据准确度以实现数据共享利用是年代学共同体的重要使命（Kuiper et al.，2008）。此外，地质年代学与地球科学其他学科是相互依存、共同发展、协同共进的，加强地质年代学工作者与用户的交流和渗透也是地质年代学进一步发展，并更好地服务新时代地球科学研究的迫切需求（Harrison et al.，2015）。

在地球漫长的演化历史中，地质过程通常具有复杂的多期次特征，在矿物上通常表现为多期次生长环带。因此，除了传统的全分析技术，以激光剥蚀等离子体质谱和离子探针为代表的微区原位分析技术也得到迅速发展，成为地质年代学分析测试的主力军，对揭示复杂地质过程的精细研究至关重要 （Ireland and Williams，2003；Košler and Sylvester，2003）。锆石等副矿物的原位定年作为高空间分辨率定年技术的代表，被广泛用于源区示踪、大陆增生与地壳演化、超大陆恢复与重建等研究中，数据量呈指数式增长，构成了年代学大数据的主体（Harley and Kelly，2007）。

地质年代学数据海量增长的同时，数据的储存和管理也日益得到重视。以数据集成、共享和互通为目标，涌现了以美国地质年代学国家数据库（National Geochronological Database,简称NGDB）和DateView等为代表的年代学数据库。需要指出的是，相比于快速增长的地质年代学数据，年代学数据库的发展仍然非常滞后，在收录数据的规模、时效性、参与度等方面亟待提高，以满足现代地球科学研究的需求。本文将系统梳理地质年代学领域已有的数据库，并结合高时间分辨率分析和高空间分辨率领域的研究进展，探讨大数据时代地质年代学发展的机遇与挑战。

2 地质年代学数据库及运行概况

2.1 Geochron数据库

过去几十年地质年代学方法的准确度和精确度都有大幅度的提升，但是数据管理方面的进展却相对落后。地质年代学数据的完整准确报道对理解和使用这些数据至关重要。地质年代学数据报道不仅要求提交用于计算年龄的处理后的数据，还要求记录必要的元数据（metadata）。例如，在ID-TIMS U-Pb定年测试中，这些元数据包括稀释剂组成、U衰变常数、238U/235U比值、18O/16O比值、Th/U比值、U-Pb本底的量及同位素组成等等。记录这些元数据的意义在于（1）供读者判断数据处理的合理性及数据的质量，（2）利于数据之间的对比和整合，（3）便于重新计算定年结果，特别是重要参数，如衰变常数，得到及时更新。随着系统参数的不断更新，缺乏这些参数且无法智能更新的年代学数据库将会面临不断手动更新数据库的繁琐工作，甚至最终面临退出历史舞台的命运。然而，这些参数通常没有放入数据报道表中，同时没有地方存储或者提供这些信息。基于此，在跨学科地球数据联盟（Interdisciplinary Earth Data Alliance，简称 IEDA）的推动下，美国EarthChem和EARTHTIME开发了Geochron地质年代学数据库。

Geochron数据库（http://www.geochron.org/）是EarthChem和EARTHTIME项目的一部分，由美国国家科学基金会（National Science Foundation，简称NSF）资助，于2007年开始运行。数据库位于美国哥伦比亚大学（Columbia University）的拉蒙特-多尔蒂地球观测中心（Lamont-Doherty Earth Observatory），目前由美国堪萨斯大学（University of Kansas）的Noah McLean教授领导的团队负责数据库维护和开发。数据可以在IEDA运行的EarthChem数据库中长久保存，并与IEDA旗下的其他数据库相互链接。

Geochron数据库通过从数据的源头出发，即收集包含实验室仪器参数和所有必需元数据的数据处理软件的原始文件，来获取完整的分析数据记录（图1）。数据库包括了U-Pb（TIMS，SIMS，LA-ICP-MS）、Ar-Ar、（U-Th）/He、裂变径迹和U-series（创建中）数据，以及样品和实验室信息等。可以与该数据库兼容的常用数据处理软件包括 U-Pb ET_Redux、U-Pb SQUID/SQUID2、U-Pb ZIPS、Ar-Ar Calc和Ar-Ar Mass Spec等。对于没有通用数据处理软件的方法，该数据库与EARTHTME合作确立数据报道的规范，且在Geochron的数据库网站提供数据报道模板供用户下载使用。数据和元数据使用XML模式传输和存储，以便于将数据直接导回数据处理软件（如ET_Redux），并保留全套的数据处理参数。该数据库向全世界用户免费开放，用户可以在Geochron网站免注册进行搜索并以HTML、XLS和XML格式查看和下载数据，上传数据需要免费注册并登录账户。截止2019年8月，Geochron数据库的样品总量为3494件，其中碎屑矿物样品数为2265件。这些样品来自于47个研究者，测试数据来自于65家实验室，数据总量为十万级。目前活跃用户有347人，从2012年至今，数据库访问次数为21767次，其中2019年的访问次数为1743次。

图1 U-Pb数据获取、储存和整合流程图（引自Bowring et al.,2011）Fig.1 Data flow architecture for U-Pb cyber infrastructure(Bowring et al.,2011)

总的来说，Geochron地质年代学数据库完全具备数据库必备的“FAIR”特征，即可查找（Findable），可访问 （Accessible），可互操作（Interoperable），可重复使用（Reusable），是一个非常具有发展前景的数据库。未来的发展方向将是数据库连接。具体而言，包括两方面：（1）连接实验室数据库与Geochron数据库，在EARTHTIME推动下，通过将各个实验室的数据库与Geochron数据库连接并即时（或者定期）上传数据，丰富Geochron数据库的内容；（2）连接Geochron数据库与其他地学数据库，使其在地球科学研究和教育科普中发挥更大的作用。

2.2 DateView年代学数据库

为了比较大区域的年代学和同位素数据，加拿大萨省大学（University of Saskatchewan）的Bruce Eglington教授首次在Geocongress 2000:A new millennium on ancient crust，27th Earth science congress of the geological society of south Africa大会上以摘要的形式推出了一个国际年代学和同位素数据库，即DateView数据库及其相关软件（DateView geochronology database,http://sil.usask.ca/databases.htm；Eglington，2000）。建立初期，DateView软件的设计主要基于Windows 95/98/NT/ME/2000/XP系统平台，使用Paradox数据表存储数据（Eglington，2004）。目前，该数据库的数据保存在萨省同位素实验室 （Saskatchewan Isotope Laboratory） 一台Windows系统的电脑上，向全世界用户免费开放。

2005～2009年，在IGCP-509项目的支持下，Bruce Eglington对DateView和StratDB数据库进行了连接和完善，StratDB数据库主要用于存储岩石地层单元、构造单元、大火成岩省、成矿等信息。Eglington等（2009）以非洲南部古元古代岩石地层单元和年代学数据统计为例，详细阐明了这两个数据库的框架和衔接关系。2015～2019年，DateView数据库也为IGCP-648项目提供了数据存储服务。

在DateView数据库中，数据的基本结构主要包括以下字段：记录ID，地区，地体名称，岩石地层单元名称，岩性，样品信息（样品号、经纬度等），测试物质（矿物、全岩等），同位素体系（Ar-Ar，U-Pb，Rb-Sr等），年龄计算方法（谐和年龄、等时线等），测试仪器（离子探针、热电离质谱仪等），数据解释（结晶年龄、变质年龄等），年龄及误差，衰变常数及误差，原始数据表，初始同位素比值（如Hf、Nd），统计学信息（MSWD、样品数等），参考文献，数据评价等（图2），用户可通过上述重要的字段进行检索和下载数据。

图2 DateView数据库结构（据Eglington,2004修改）Fig.2 Schematic design of DateView database(revised from Eglington,2004)

截至目前（2019年8月14日），DateView数据库共有148167条记录，其中127961条记录可公开获取，116689条有效年龄记录，7907条碎屑矿物年龄记录。将年龄记录按大陆/大洋分类，非洲有9644条记录，南极洲有2430条记录，亚洲有12321条记录，大西洋有74条记录，澳大利亚及大洋洲有19725条记录，欧洲有3913条记录，印度洋有1007条记录，北美洲有51968条记录，南美洲15547条记录，太平洋4条记录，56条未定义（图3）。该数据库的数据量仍在持续更新，但亚洲数据明显偏少，从发表的相关文章来看，使用者甚少。

DateView数据库需要用户注册并登录才能访问，且用户只能查询和下载公开的数据。用户可自定义下载数据的格式（xlsx、csv、pdf等），可对检索结果在线进行一些基本的可视化作图，比如碎屑矿物的年龄谱图、年龄误差棒图、年龄-εNd（t）图、封闭温度图、数据在GIS地图上的时空分布情况等。这些数据可按用户自定义的分类作图（如按数据解释、年龄范围等分类）然后导出。

在DateView数据库中，用户共有两种上传和编辑数据的方式。第一种是在线编辑，需要给Bruce Eglington发送邮件来获取编辑权限，然后登录数据库，手动录入或修改数据。这种方式在线编辑每个字段，数据录入最为准确，但耗时长，只适合小样本数据。第二种是将固定格式的数据存储为Microsoft Access database或者Microsoft Excel表，然后发送给Bruce Eglington上传。这种方式非常方便，适合大样本数据。多数字段是通过一定格式的数据表来上传的，以确保数据的完整性，如碎屑锆石U-Pb，Lu-Hf和O同位素数据。但是，该方式需要注意数据表所用的所有字段名称要和现有的DateView中的一致，比如岩性分类。用户应当尽可能使用Microsoft Access database来统计数据，以便数据上传过程中检查数据的完整性。用户在上传数据过程中可指定数据是否公开，比如有的数据尚未发表，可指定在文章发表后再公开。用户期望一起使用StratDB和DateView两个数据库时，需先在StratDB数据库中建立岩石地层单元名称等基本信息，导出这些名称和ID到DateView数据库，这样两个数据库即可自动关联。

2.3 美国国家地质年代学数据库

为将文献中发表的北美地区的同位素年代学资料数字化，以方便公众获取，美国地质调查局（United States Geological Survey,简 称 USGS） 于1974年成立了放射性年代学数据库（Radioactive Age Data Base,简称RADB），后改名为美国国家地质年代学数据库（National Geochronological Data Base，简称NGDB）。成立初期（1975～1976），该数据库以怀俄明州为例，做了小范围的探索并取得了良好的效果，之后推广到全美 （Sloan et al.，2003）。该数据库可能是历史最为悠久，并仍然提供数据查询和下载等服务的年代学数据库。

图3 DateView数据分布Fig.3 Data distribution of DateView database

在该数据库中，所有采自北美样品的年代学信息，包括采样位置、岩性、测试数据、解释以及对应的文献等内容均被收录。成立早期，数据被保存在大型商业服务器上，之后被迁移到一台苹果计算机上，数据库和检索数据的软件则通过光盘分发。成立20周年时（1994年），该数据库的数据量已经超过18000条（年龄数据＞30000条），涵盖了北美已发表年龄数据的一半以上。这些数据主要基于GeoREF手工检索获得，集中在地质工作程度较高、矿产资源丰富的西部地区。

为提升数据库的可用性，以及机构改革等原因，美国地质调查局于1996年撤销了负责年代学数据库的团队。在此之后，数据库由Peter Schweitzer博士接管，并调整了数据库格式，以网页版发布（https://mrdata.usgs.gov/geochron/map-us.html#home），向全世界用户免费、免注册开放，用户可以在线通过州名查询或直接在地图上查看和下载数据。

改版后沿用至今的NGDB数据库最重要特征是对地理信息系统（Geographic Information System，简称GIS）的支持，数据库上线后经历过多次软件的更新升级，除了可以通过mdb、xls和txt等常见格式下载之外，现在已经可以方便的与Google Earth，KML，GIS和OGC等地图和数据库对接交互。遗憾的是，在2000年之后，该数据库大规模的数据更新和录入基本停滞。

近二十年，同位素年代学测量技术取得了飞速发展，无论是测试对象的广度还是测量数据的丰度都得到极大的增长。因此，老迈的NGDB数据库已经无法满足新时代地球科学研究的需求，亟待更新。在此背景下，美国地质调查局在2019年6月举行的Community for Data Integration（CDI）会议上宣布将对NGDB数据库进行更新。升级工作将主要由Amy Gilmer博士和Leah Morgan博士负责，负责国家地图制作的工作组（National Geologic Mapping Database，简称NGMDB）提供技术支持。升级方案包括基于开源的PostSQL数据管理技术，整合数据库现有数据和未来通过ScienceBase平台（USGS新成立的数据共享平台）发布及其他公开发表的数据，并实现数据库与地质图等信息的交互。该数据库还将开发新的API接口以及脚本，使美国地质调查局年代学实验室实现已发表数据的自动上传，提升收录数据的准确性。其他公开发表的数据将通过人工检索的方式录入到数据库中，以提升收录数据的丰度和代表性。

此外，该数据库还将实现与Geochron等已有数据库的对接交互。可以预见，更新成功后的NGDB将迎来新的生机，会再次成为美国年代学研究最重要的数据库，并可能会为其他数据库的开发提供思路。

2.4 德国合作研究中心SFB 267数据库——安第斯的变形过程

板块俯冲影响着汇聚板块边缘岩石圈的几何形态、热力学结构和地球化学组成，往往形成绵延数千公里的线性造山带。南美安第斯山脉是现今地球上最典型的俯冲型造山带，前人做了深入细致的研究，积累了丰富的资料。为方便研究者获取该区域年代学、岩石地球化学、地球物理和地形地貌等资料，德国合作研究中心（Collaborative Research Center）于1996年将这些资料整合、数字化并建立公开数据库（SFB 267数据库），以网页版形式发布（http://www.cms.fuberlin.de/sfb/sfb267/results/data_catalogue/central_andean_data/geochemical_data.html），用户可通过全文搜索和空间搜索工具来获取数据。

该数据库收录已经超过85076条，其中1250条为年龄数据。SFB 267数据库采集区域主要集中在20°～30°S的安第斯中南部，涵盖阿根廷、玻利维亚和智利的部分地区；收录内容主要包括采样位置、岩性、定年矿物、分析方法、测试数据、误差以及对应的文献等。数据库中年代学数据由E.Scheuber博士编辑整理，于1995年提交，最近一次更新是1998年4月。

SFB 267数据库自上线以来，主要使用“GGT”和“GIS ARC/INFO”两种数据格式，具有灵活易用的优势。但自2000年以后，该数据库的更新和收录工作处于停滞状态。近20年来安第斯地区年代学数据的迅速增长和更新，SFB 267数据库已无法满足当前研究的需求，亟待更新。

2.5 新墨西哥州地质年代学数据库

新墨西哥州地质年代学数据库（New Mexico Geochronological Database）是新墨西哥地质和矿产资源局（New Mexico Bureau of Geology and Mineral Resources）主导的区域性数据库，汇编了美国新墨西哥州已发表和未发表的岩石放射性年龄数据。该数据库的初期版本于1975年由Charles E.Chapin、Siemers W.T.和Osburn G.R.总结并出版，主要形式为新墨西哥地质和矿产资源局的开放文件报告60（Open-file Report-60）。最近的版本于2019年7月由Maureen Wilks和Charles E.Chapin推出。

目前，该数据库总收录超过三千个年龄信息，包含自1999年以来大部分相关参考文献中的年龄。更新的汇编中增加了由热释光和电子自旋共振方法获得的定年数据，其中有350个前寒武纪年龄数据来源于Paul Bauer和Terry Pollock在1993年出版的新墨西哥地质和矿产资源局开放文件报告389（Open-file Report-389）。该数据库主要内容包括：样品采集经纬度和地层组别、定年矿物/岩石、用于定年的原理、定年实验室以及最后用于计算年龄设计的衰变常数等信息。最新的版本中，对1977年以前的年龄数据采用新的衰变常数进行了重新计算。为便于用户检索，数据库设计了350个数据区块，每一个年龄数据均可关联到一个区块。数据库提供CD或DVD-ROM数据形式，用户可通过低额付费（～$5.00）的方式购买。

该数据库虽然做了更新，在数据的内容和年龄评估上做了扩充，但其仅包含美国新墨西哥州的年代数据，数据容量有限，且数据内容和空间分布等信息无法进行网上查阅，这极大限制了该数据库的推广。

2.6 NGU GEOCHRON数据库

NGU GEOCHRON数据库（http://geo.ngu.no/kart/geokronologi_mobil/?lang=eng）是由挪威地质调查局（Geological Survey of Norway，NGU）建立、运行和维护的，主要提供挪威及周边地区已有的地质年代学资料。该数据库中最早的同位素年代学数据是由Kullerud等（1986）汇编的挪威西部片麻岩区相关研究成果。随着同位素年代学实验技术的改进和仪器设备的更新换代，越来越多精确的数据应运而生。但是在数据的使用方面却存在着数据来源不明、缺少数据的可靠性评价以及不同同位素体系年龄使用混乱等问题。NGU GEOCHRON数据库正是在这样一个同位素年龄数据众多且纷乱现状下的产物。

NGU GEOCHRON数据库经历了长期的发展过程，最初数据库中95%的数据来自挪威南半部分，随后逐步扩展至挪威的全部、东格陵兰、英国和芬兰等地。目前，该数据库集合了大量的U-Pb、Sm-Nd、Rb-Sr、K-Ar、Ar-Ar和裂变径迹不同同位素体系的年龄数据和基岩信息（图4），可以允许用户根据研究区域的需要灵活选择，并且可以对数据的可靠性进行评价。NGU GEOCHRON数据库为研究抬升/冷却事件、地壳变形、断裂活动、伸展活动和成矿过程等不同方向的学者提供了高效获取可靠的、高精度的年龄及其地理位置分布的方式（Torsvik and Smethurst，1998）。但是，目前数据库的活跃度不高，信息更新比较缓慢。

图4 NGU GEOCHRON数据库的K-Ar、Ar-Ar和裂变径迹同位素体系年龄分布Fig.4 Spatial distribution of K-Ar,Ar-Ar and fission track ages in NGU GEOCHRON database

2.7 Petlab Database

Petlab数据库（Petlab Database，https://pet.gns.cri.nz）是新西兰国家岩石、矿物和地质分析的数据库。该数据库由地质与核科学研究所（Institute of Geological and Nuclear Sciences）维护，受政府资助，主要由新西兰的地质与核科学研究所和奥克兰大学（The University of Auckland）、怀卡托大学 （University of Waikato）、梅西大学 （Massey University）、惠灵顿维多利亚大学（Victoria University of Wellington）、坎特布瑞大学（University of Canterbury）、奥塔戈大学 （University of Otago）共同整合数据（Strong et al.，2016）。该数据库主要收录了新西兰的陆地和近海、南极洲以及少量世界各地的样品（图5）。该数据库向全世界用户免费开放，用户需注册以获取查找和下载数据的权限，但是需要用户单位签署协议。2011～2015年期间，Petlab每年约有来自10个国家的研究人员访问，每年约有50000次网页浏览记录（Strong et al.，2016）。

该数据库原是新西兰地质调查局的岩石标本库（Petrology,简写为Pet），由首席地质学家Colin Hutton于1938年创建，该标本库现改名为国家岩石学标本馆藏。在该岩石库中，每个样品被冠以P开头的序号，样品信息保存从卡片记录到VAX计算机主机，现保存在Oracle服务器上。2004年该数据库开发了网页交互界面，并加入了多个研究所收集的数据和实验室分析数据（Laboratory，简写为Lab），因此该数据更名为Petlab。该网页展示了样品在地图上的分布情况（图5），样品按收集人分类，可叠加显示新西兰的地质图和地形图等，点击样品点可显示其基本信息和数据链接（Strong et al.，2016）。

Petlab和其他在线地化分析数据库（如PetDB、NAVDAT和GEOROC）类似，但主题分类少（岩石+分析）、岩石类型更多、分析数据类型更多。比如PetDB以洋底和地幔的岩浆岩和变质岩以及下地壳包体样品的岩石和地球化学数据为主，NAVDAT以北美西部中生代以来的岩浆岩的年龄和地球化学数据为主，GEOROCK以火山岩和地幔包体数据为主，而Petlab包含岩浆岩、沉积岩和变质岩及矿物样品的数据。Petlab数据库和新西兰地球科学参考文献数据库（http://data.gns.cri.nz/bib/）、新西兰地层学词典数据库（http://data.gns.cri.nz/stratlex/）进行了动态链接，之后还将和GNS科学钻孔数据库、年代地层学数据库等进行链接（Strong et al.，2016）。

图5 Petlab数据分布（https://pet.gns.cri.nz/map.jsp）Fig.5 Data distribution of Petlab database（https://pet.gns.cri.nz/map.jsp）

Petlab数据框架由样品信息（Pet）和分析信息（Lab）组成，样品信息主要包括样品名称、收集者、序号、收集日期、采样位置（国家/岛屿，经纬度）、采样方式（地表/钻孔/拖网）、样品钻孔/拖网深度、岩性、地层单元（名字，年龄）、岩石学描述、样品类型（手标本/薄片）等字段；分析信息包括测量物质（矿物/全岩）、测量人、实验室、分析日期、分析方法、全岩/矿物地球化学（主微量元素和同位素结果）、放射性定年结果、碎屑锆石分析结果等字段。Petlab也提供了GNS科学筹办的国家岩石学标本馆藏和新西兰各大学地球科学系保存的岩石矿物标本的数字化信息。

Petlab数据主要来自公开发表的期刊文章、未发表的学生论文和开放获取的报告。截至2019年7月29日，Petlab共收录了210810条样品记录，其中59905条为地球化学或同位素等分析数据。Petlab数据量每年都在增长，单以GNS科学贡献来看，每年增长约1000个样品记录。在Petlab数据库中，用户可根据上述多个字段在网页上进行检索并下载，也可通过Petlab数据库提供的Excel及其宏命令进行数据下载、上传和编辑，但上传和编辑数据需要获得管理员的授权。

Petlab数据库目前提供网络地图服务（web map service），将来会提供网络要素服务（web feature service），用户可方便的在电脑软件（如ArcMap,Quantum GIS等）上获取Petlab数据。Petlab数据库也计划和国际岩石名称标准（如implemention of the international Geo Sample Number System）进行对接，以促进Petlab和国际数据库的兼容（Strong et al.，2016）。

2.8 格陵兰U-Pb地质年代学数据库

格陵兰U-Pb地质年代学数据库（Greenland U-Pb Geochronology Database,http://www.greenmin.gl）是格陵兰矿产资源部（Greenland Mineral Resources）建立的地质年代学数据检索系统，汇编了文献中格陵兰地区的年代学数据。

该数据库对收录数据进行规划范化处理，提高了整个数据集的一致性。同时，还对收录数据进行准确性和完整性验证，并在必要时进行更正，以提高收录数据的准确性和完备性。该数据对分散于不同渠道的信息进行了整合，并可以实现与地理信息系统的交互操作，极大的提高了数据库的可用性。收录数据的源数据均包含于数据库中，采用哈佛结构存储（一种将程序指令存储和数据存储分开的存储器结构），允许用户通过互联网快速定位和检索数据源。

目前，该数据库共收录2219条年龄信息，内容主要包括定年样品的基本地质信息，如地质背景、数据源、岩性、地貌特征、矿物类型、分析技术和年龄信息等，用户可在线免费检索和下载。

2.9 OCTOPUS数据库

OCTOPUS数据库（https://earth.uow.edu.au）是基于澳大利亚国家数据中心（Australian National Data Service，ANDS）支持的数据库框架，对保存在卧龙岗大学（University of Wollongong）的宇生核素和释光年代数据库进行维护和开放共享。OCTOPUS数据库主要包括全球现代河流沉积物的10Be和26Al数据，澳洲大陆地层剖面和钻孔样品的热释光和光释光测量数据以及详尽的、包含样品地理空间信息的元数据（图6）（Codilean et al.，2018）。由于宇生核素和释光年代数据测量成本较高，需要专门训练和仪器，因此，这两类数据的报道通常都针对较小的研究区域，单个研究数据量也较小。如果能够将这些零散的数据整合起来，将有可能解决空间尺度更大、更为深刻的地球科学问题，这是建立OCTOPUS数据库的初衷；而其特色在于可以根据数据库中所存储的10Be和26Al原始数据以及元数据中的取样点、盆地轮廓、数字高程模型（DEM）、坡度栅格数据、流向和汇流栅格数据、大气压栅格数据、宇生核素产率栅格数据和地形遮蔽因子栅格数据，通过统一的程序CAIRN重新计算流域的剥蚀速率，从而在统一标准和方法下评估全球的剥蚀速率（Codilean et al.，2018）。

OCTOPUS数据库的访问、查询和数据下载主要通过网页地图的方式互动进行；图6所示为数据库访问的网页地图，其右侧为选择拟查询和下载数据的列表。其中较为特殊的是CRN InPre和CRN XXL两种类型，前者为卧龙岗大学正在处理的用于10Be和26Al测量的样品，数据尚未发表；后者则包括目前所发表的大流域剥蚀速率研究结果，但如果利用OCTOPUS内置的CAIRN程序重新计算其速率，则要求DEM数据的分辨率为500 m，在此要求下重新生成的流域与原始发表的数据存在较大差别；这两个数据集均是为了使得库中数据完整，但未包括重计算所需的栅格数据。

图6 OCTOPUS数据库网页界面（图中紫色圆点为样品点；https://earth.uow.edu.au）Fig.6 The OCTOPUS web interface（The solid circles in purple are the sampling sites;https://earth.uow.edu.au）

OCTOPUS数据库中宇生核素数据源于2018年前经同行评审所发表的数据，目前共有超过4200个10Be数据；释光测年数据来源于2017年前经同行评审所发表的数据以及各种技术报告和学位论文。伴随着技术发展，大部分热释光年龄发表于1986～2005年，而光释光年龄则集中发表于过去10年。目前所发表的澳洲大陆样品热释光年龄介于5×102～1×106年，而光释光年龄则介于1×101～1×106年。图7a显示的全球10Be数据分布的不均匀性（高低纬数据过少）使得图7b和图7c试图展示的再计算的全球剥蚀速率与流域平均坡度和高度间的关系存在偏差。OCTOPUS数据库目前仍在不断完善和建设中，以实现将多个无联系的数据集转化为一个有联系的大数据集，从而达到“激发新研究，产生新知识”的目标。

2.10 犹他州地质年代学数据库

犹他年代学数据库（UtahGeochronologyDatabase,https://geology.utah.gov/apps/geochron/）收录了美国犹他州地质样品（土壤和岩石）的年龄及相关定年信息，对全世界用户完全免费、免注册开放。截至2019年8月28日，该数据库中共有1737条样品年龄记录，包含40Ar/39Ar（548条）、裂变径迹（157条）、释光（TL,IRSL和OSL，124条）、14C（760条）、87Rb-87Sr（92条）、U-Th-Pb（21条）和宇宙成因核素定年（35条），部分数据来自美国地质调查局的NGDB。犹他州地质调查局和美国地质调查局曾使用该数据库进行断层活动调查（确定古地震时间和参数）和玄武岩定年（确定喷发历史）等多种地质相关项目。一些地质制图项目的年代学数据没有包含在内，但可在犹他州地质调查局官网上获取（https://geology.utah.gov/map-pub/data-databases/analytical-data/）。

犹他地质年代学数据库的数据有网页查询和离线下载两大功能。在网页服务中（图8），数据点的具体分布显示在地图上，地图可选道路、卫星、混合和地形图等，数据点按不同的定年方法分类，点击数据点显示以下字段：项目名称、样品ID、样品类型（如露头/采石场）、岩性、测量物质、岩石地层单元、采样人、采样日期、采样位置（地点、经纬度及精度）、实验室、定年体系（如K-Ar）、定年结果及误差、参考文献等，用户也可在网页右上角通过上述字段的关键词搜索数据。在离线下载中（https://gis.utah.gov/data/geoscience/geochronology/），用户可下载40Ar/39Ar、释光、14C和项目数据（gdb或shp格式），其余定年体系（裂变径迹、87Rb-87Sr、U-Th-Pb和宇宙成因核素）数据并未提供下载。用户上传数据需联系犹他州地质调查局的Steve Bowman获取权限。

2.11 育空地质年代学数据库

图7 （a）全球10Be数据的来源地理范围和纬度分布；再计算的剥蚀速率与流域平均坡度（b）和（c）流域平均高程的关系（引自Codilean et al.,2018）Fig.7 The global CRN data set:(a)geographical extent and latitudinal sample distribution,(b)average basin slope versus recalculated 10Be denudation rate,and(c)average basin elevation versus recalculated10Be denudation rate(Codilean et al.,2018)

图8 犹他地质年代学数据库网页版服务（https://geology.utah.gov/apps/geochron/）Fig.8 Web service of the Utah Geochronology Database(https://geology.utah.gov/apps/geochron/)

育空地质年代学数据库（Yukon Geochronology database， YGD， http://data.geology.gov.yk.ca/Compilation/22）是加拿大育空地质调查局（Yukon Geological Survey，YGS）2018年6月推出的一个年代学数据库。截至2019年8月28日，该数据库包含了加拿大育空地区2185个岩石年龄数据，向全世界用户完全免费、免注册开放。该数据库是在Breitsprecher和Mortensen（2004）收集的育空地区年代学数据的基础上增加了近年来的新定年数据。该数据库主要包含了岩浆岩的结晶年龄和岩浆岩、变质岩的冷却年龄，少量（～10%）变质、热液蚀变、成矿和地层沉积年龄。该数据库中的定年方法主要有U-Pb（＞43%数据，多数为锆石），K-Ar（33%），40Ar/39Ar（～17%），少量Rb-Sr，Re-Os和裂变径迹等。U-Pb碎屑锆石数据并未包含在YGD数据库中，主要是因为其数据量巨大且日益增多，未来YGD将建立一个独立的数据库存储这些数据。而用于精确限定沉积岩年龄的同沉积锆石的ID-TIMS U-Pb数据已经包含在YGD数据库中。

YGD数据库为用户提供网页服务以便查询和下载数据（图9），但是未提供上传数据功能。在该网页服务中，数据点的具体分布显示在地图上，地图可选道路、卫星、混合、地形图和地质图等，数据点按不同的定年方法和矿物分类，点击数据点显示以下字段：样品序号、年龄及误差、定年体系、分析仪器、测试矿物、实验室、年龄解释、岩石地层单元、岩石分类、岩性、采样位置（经纬度）、评论等。Breitsprecher等（2004）提供了Microsoft Access格式的数据下载，YGD数据库则提供shp和gdb等多种格式的数据下载，有利于用户使用GIS软件查看和导出数据。目前，YGD数据库和育空地区钻孔、矿产、基岩地质等数据库正在合并成一个统一的数据库，即育空地质调查局综合数据系统（Yukon Geological Survey's Integrated Data System）。

2.12 澳大利亚地球科学局地质年代学传递系统

澳大利亚地球科学局地质年代学传递系统（Geoscience Australia's Geochron Delivery system，简称GAGDS）是澳大利亚地球科学局建立的地质年代学数据检索系统（http://www.ga.gov.au/geochron-sapub-web/geochronology/shrimp/search.htm）。最初的（2011年9月）版本仅包含约560个离子探针（SHRIMP）数据，主要来自澳大利亚地球科学局Geochronology OZCHRON数据库。

随着可用地质年代数据的数量、种类和质量的增加，GAGDS系统在不断更新。目前，更多Geochronology OZCHRON的数据已被移植，并增加了更新的数据（包括根据国家地球科学协定与各州和北领地合作获得的数据），共收录1760个年龄数据（图10）。用户可在线免费检索和下载数据，每次最多可下载200条记录，导出数据最大特点是包含较原始数据、不同类型处理数据等层次，如图11。GAGDS数据库主要针对澳大利亚SHRIMP测试的数据，数据量较小，而且更新缓慢，当前处于不活跃状态。

图9 YGD数据库网页版服务（http://data.geology.gov.yk.ca/Compilation/22）Fig.9 Web service of the Yukon Geochronology database（http://data.geology.gov.yk.ca/Compilation/22）

图10 GAGDS数据库分布图（http://www.ga.gov.au/geochron-sapub-web/geochronology/shrimp/search.htm）Fig.10 Data distribution of the Geoscience Australia’s Geochron Delivery system（http://www.ga.gov.au/geochronsapub-web/geochronology/shrimp/search.htm）

图11 GAGDS数据库导出数据结构（http://www.ga.gov.au/geochron-sapub-web/geochronology/shrimp/search.htm）Fig.11 Data export structure of the Geoscience Australia's Geochron Delivery system（http://www.ga.gov.au/geochronsapub-web/geochronology/shrimp/search.htm）

2.13 加拿大地质年代学知识库

加拿大地质年代学知识库（Canadian Geochronology Knowledgebase，简称CGKB）是加拿大自然资源部（Natural Resources Canada，简称NRCan）下属地球科学分部（Earth Science Sector）——加拿大地质调查局（Geological Survey of Canada）主导的国家型年代学数据库(https://www.nrcan.gc.ca/earth-sciences/geography/atlas-canada/canadian-geochronology-knowledgebase/18211#cgkb)。CGKB汇编了加拿大公开资料的地质年代学信息，包括联邦、省和地区政府出版物和报告，学位论文，书籍和期刊，以及少量个人公布的未正式出版数据。

目前，该数据库共收录22927条年龄信息（图12），内容主要包含定年样品相关的基本信息，如样品地理信息、定年原理、定年矿物、实验室等。在各基本信息目录下，用户可通过下拉菜单选择子目录进行过滤和查阅。另外，该数据库旨在报道原作者给出的年龄结果和解释，不做重新解读。同时，数据库还突出显示数据的特征，便于用户运用该特征对数据可靠性做出初步判断并可回溯到出版物原始出处。

本数据库可方便查阅、获取加拿大公开可获得的地质年代信息，采用开放获取、不定期更新形式（1982～2016年），其覆盖范围仅限于最近编制工作目标的领域，其他领域和相关更新在准备就绪时也包括在内。也正因此，尽管CGKB当前仍处于在线状态，但其公布的数据库内容涵盖不全、更新缓慢。

图12 CGKB数据库分布图（https://atlas.gc.ca/geochron/en/）Fig.12 Data distribution of the Canadian Geochronology Knowledgebase（https://atlas.gc.ca/geochron/en/）

2.14 前寒武古地磁数据库PALEOMAGIA

PALEOMAGIA数据库（https://h175.it.helsinki.fi/database/form1.php）旨在创建一个易于访问和用户友好的全球前寒武纪古地磁数据资源。除了在全球古地磁数据库中发布的数据之外，数据库还包括大量新信息，例如来自同行评审的期刊和一些被忽视的档案数据。该数据库最早可以追溯到1986年，在第一次北欧古地磁数据库会议上发表了Fennoscandian Shield古地磁数据的第一次汇编。在2001年Chris Powell纪念会议上，Fennoscandian古地磁数据汇编升级为全球汇编。数据从纯文本文件转换为MS Excel表，最后转换为可在线访问的MYSQL数据库。数据收集主要由Lauri J.Pesonen、David AD Evans和众多研究助理完成。数据库项目的技术部分和数据、网站的维护由Toni Veikkolainen负责。2014年发布了数据库的第一个版本，并通过与加利福尼亚大学斯克里普斯海洋学研究所密切合作，启动了MagIC数据库研讨会，逐步将PALEOMAGIA数据整合到MagneticsInformation Consortium（MagIC）数据库中，实现了PALEOMAGIA数据库与MagIC数据库的有效链接。

PALEOMAGIA数据库截止2017年已经包含与1013个独立的古地磁研究和608个年龄参考资料相关的3494个方向数据，为前寒武纪板块运动和超大陆的研究提供了一个良好的平台，但是数据的空间分布尚不均匀。动态生成的具有永久链接的极点列表和参考同位素年龄信息功能的改进促进了数据库的发展和超大陆模型的建立。PALEOMAGIA数据库网站为用户提供了查询表单，表单主要包括数据分类标准、岩石类型、需要的最大或最小磁化年龄、陆块或地体、数据类型及数据输出格式几个部分，其中分类标准包括年龄、岩石类型、国家、地体、位置经纬度、极性、倾向、古地磁极经纬度和数据发表时间等，岩石类型涵盖了岩浆岩、沉积岩和变质岩三大岩类，数据类型主要有估算的磁化时代上下限、同位素年龄及方法、年龄参考资料、方向及极性的分散性、数据评估及古经纬度绝对值等。用户可以根据需要自主地选择，最后批量地以HTML、CSV和XML等格式输出。PALEOMAGIA数据库目前正在以一定的时间间隔进行更新。用户也可以使用在线表单将自己的数据添加到数据库中。虽然在更新数据库时首选同行评审的原创研究文章，但如果包含足够的古地磁信息，也可以提交会议摘要。数据库管理员保留根据数据相关性进行收录或排除数据的权利。

PALEOMAGIA数据库未来将会包含寒武纪数据，这将有助于Vendian-Cambrian超大陆Pannotia或更大的冈瓦纳的时间和模型的建立（Veikkolainen et al.,2017）。

3 大数据驱动下的地质年代学

3.1 高精度年代学

过去几十年里，得益于超低本底净化实验技术发展、（202Pb-）205Pb人工合成稀释剂的应用以及一系列分析技术的优化和进步，高精度锆石U-Pb同位素年代学技术取得了长足进步；质谱技术替代了传统的α-谱仪技术，使不平衡U系定年技术发生了革命性的飞越，不仅大幅度降低了样品用量、缩短了分析周期，同时极大地提高了U-Th定年的分析精度（优于1%），扩展了不平衡U系定年的年代范围，实现了人类历史和冰芯年代记录与岩石年代（深时）记录的“无缝对接”。在美国国家科学基金会和欧洲的支持下，北美和欧洲一流的U-Pb、Ar-Ar同位素和天文地质年代实验室共同参与的EARTHTIME计划是地质年代学研究领域里程碑，通过联合标定EARTHTIME稀释剂、相关的实验方法和标准物质，构建了统一的数据处理方法，实现了锆石U-Pb和钾长石Ar-Ar同位素定年精度优于0.1%，且不同放射性同位素体系绝对年龄具有可比性。这些高精度同位素定年技术方法的发展和进步，不仅推动了同位素年代学科的发展，而且深刻影响了许多重大地质科学问题的研究。

显生宙发生的五次重大生物灭绝事件造成当时海洋中至少75%的物种在短时间内灭绝，同时伴随着全球性的气候、环境的剧变。导致全球性气候、环境在短时间内发生剧烈灾变的原因一直是科学界探讨的重大科学问题，如大火成岩省（LIPs）的巨大规模火山爆发、地外体撞击以及超新星爆发、太阳耀斑爆发等突发事件。Courtillot和Renne（2003）对比了3亿年以来全球LIPs火山喷发年龄和生物大灭绝及海洋缺氧事件年龄，发现它们有非常好的相关关系（图13），表明LIPs巨大规模的火山爆发很可能是生物大灭绝的主要原因，大规模火山爆发不但喷出了巨量CO2等温室气体,同时可以触发大量蕴藏在内陆盆地和大陆架上的甲烷气体等快速释放，导致海洋酸化、海水温度升高、海水缺氧，从而造成生物大灭绝。

图13 （a） 晚古生代以来大陆溢流玄武岩和洋岛年龄与生物灭绝及海洋缺氧事件年龄相关关系（引自Courtillot and Renne,2003）和（b） 二叠纪末生物灭绝持续的时间 （引自Burgess et al.,2014）Fig.13 (a)Correlation between the ages of LIPs(CFBs and Ops),and mass extinctions and oceanic anoxia events(revised from Courtillot and Renne,2003);(b)The duration of the end of the Permian mass extinction(revised from Burgess et al.,2014)

二叠纪末期（～252 Ma）生物大灭绝被公认为地质历史时期最严重的一次灭绝事件，造成了～95%的海洋生物物种和～75%的陆地生物物种灭绝（沈树忠和张华，2017）。中国浙江长兴煤山剖面的25层和28层火山灰为测定这次生物大灭绝事件发生的年龄和持续的时间提供了最佳地质记录。在2003年获得的年龄数据指示，二叠纪末期生物大灭绝的年龄为～254～250 Ma（外部误差～2 Ma)（Schmitz and Kuiper，2013），在EARTHTIME合作计划之后，高精度CA-ID-TIMS锆石U-Pb定年结果将二叠纪末期生物大灭绝的年龄精确地限定在251.9 Ma，持续时间～0.2 Ma（Shen et al.，2011），而最新的定年结果显示该灭绝持续的时间只有～0.06 Ma万年（Burgess et al.，2014）。这样的超高精度年代学研究资料不仅精确测定了生物大灭绝发生的时间，而且还限定了生物大灭绝发生的速率，为探究二叠纪末期生物大灭绝触发机制提供了严格的年代学制约。一般认为西伯利亚LIP的大规模岩浆作用是导致二叠纪末期生物大灭绝的主要触发机制，高精度年龄测定表明，西伯利亚LIP岩浆喷发起始于252.3 Ma，结束于251.3 Ma，持续～1百万年，其中的大规模基性岩脉-岩床侵入岩的年龄为 251.9～251.5Ma（BurgessandBowring，2015；Burgess et al.，2017），表明西伯利亚LIP大规模火山喷发发生在生物大灭绝之前和之后，因此，不是导致生物灭绝的直接原因；生物灭绝与大规模的基性侵入岩形成的年龄上高度一致，指示两者很可能有关，大规模基性岩床“横向”侵入地层导致大范围的热变质作用，从地层中释放出巨量的甲烷、CO2等气体而触发了大规模生物灭绝。海水温度升高一直被认为是生物大灭绝最直接因素，Chen等（2016）在高精度年代学框架下的高分辨率牙形石氧同位素海表温度重建研究结果显示，二叠纪—三叠纪界线附近表层海水温度确实迅速升高了～10oC，但海水升温的时间比生物灭绝晚了～0.023 Ma，因此，海水升温似乎并非生物灭绝的“直接杀手”，而可能延缓了生物的复苏。生物大灭绝的原因是地球科学一个非常重要的前沿科学问题。据Web of Science统计，在2000年1月～2019年6月期间，在Science、Nature及其子刊物和PNAS上发表了关于45篇有关“二叠纪末生物大灭绝”（end-Permian mass extinction）的论文，其中大多数是讨论生物大灭绝的原因。长兴煤山剖面二叠系—三叠系界线的高精度同位素年代学框架为今后深入研究二叠纪末大规模火山/岩浆作用与古环境/古海洋变化、生物灭绝事件之间的内在联系提供了关键的时间制约。

3.2 同位素年龄大数据

20世纪90年代后期发展起来的LA-ICP-MS锆石U-Pb定年技术，极大地推动了U-Pb年代学的学科发展。该技术特点是成本低、分析效率高（一个点分析约2分钟）、微区原位（20～40微米）、定年的内部精度可以优于1%，外部误差～3%（李献华等，2015）。该方法通过与SIMS氧同位素和LA-MC-ICP-MS铪同位素微区原位分析结合，实现了现代微区同位素分析的“高精度、高分辨、高效率”，改变了传统定年技术的“耗时、精贵”。该技术的广泛应用使碎屑锆石U-Pb年龄（以及原位Hf-O同位素组成）数据呈几何级数增长，同位素年龄正快速步入了“大数据”时代，为深入理解地球演化历史，特别是大陆地壳的演化历史，具有重要的作用。

大陆地壳增长和再循环发生的时间和速率是地球演化非常重要的科学问题，其中有关大陆地壳增长方式一直有“连续”和“幕式”增长两种不同观点。Condie（1998）首先统计了全球与岛弧和地幔柱作用相关形成的“初生地壳”的岩浆活动时代，识别出～2.7 Ga、～1.9 Ga和～1.2 Ga三个主要年龄峰值，提出大陆地壳增长以幕式为主，地壳的幕式增长和大规模俯冲板片崩塌（Slab avalanches）及超大陆形成有关。由于后期地质作用的改造和和破坏，导致许多地区地质记录不完整，因此，用LA-ICP-MS锆石U-Pb分析沉积岩和河流沉积物中的碎屑锆石年龄成为揭示地球历史上中酸性岩浆历史的最有效方法，目前已经在全球各大陆上积累了几十万个沉积岩和河流沉积物中的碎屑锆石年龄。Voice等（2011）首先统计了当时全球发表的约20万个碎屑锆石U-Pb年龄数据，发现这些锆石年龄形成（I）0.3～0.1 Ga、（II）0.7～0.5 Ga、（III）1.2～1.0 Ga、（IV）2.0～1.7 Ga和（V）2.7～2.5 Ga等五个主要年龄峰值（图14a），另一个古老的年龄峰值3.2～3.0 Ga较弱。作者分别用锆石U-Pb年龄不谐和度≤10%和≤5%作为年龄质量筛选标准对这～20万个年龄数据做了筛选，分别剩下～12万个和～10万个年龄数据，虽然数据减少了近一半，但这些数据仍显示出上述五个年龄峰值（图14b，c）。这五个年龄峰值在各个大陆上也均有体现，反映地球上的岩浆活动是幕式的而不是连续的。由于锆石是从Si饱和的中酸性岩浆中结晶的，所以这些岩浆年龄峰值既可能代表了地壳的形成时代，也可能是地壳重熔改造的时代。综合锆石U-Pb年龄和Hf同位素模式年龄（代表的是壳幔分异年龄）可以为进一步限定地壳增生和改造年龄，即锆石U-Pb年龄和Hf同位素模式年龄基本一致，则代表的是地壳增生时代，而锆石U-Pb年龄小于Hf同位素模式年龄，则锆石U-Pb年龄代表的是地壳改造年龄。

图14 全球碎屑锆石年龄分布图Fig.14 Global detrital zircon pooled age distribution

Voice等（2011） 统计了同一颗锆石既做了U-Pb定年又做了Hf同位素分析的10500颗锆石数据，并用≤5%不谐和度作为质量监控标准获得了5124颗锆石数据。总体上看，随着锆石U-Pb年龄变年轻，U-Pb年龄和Hf同位素模式年龄的差异加大。将锆石Hf同位素模式年龄按照锆石U-Pb年龄五个主要峰值分组进行统计作图（图15），可以看出随着U-Pb年龄变年轻，Hf同位素模式年龄越加分散，并且与U-Pb年龄的差异明显增大，指示五期锆石U-Pb年龄峰值主要反映的是地壳改造年龄，而不是形成年龄。

图15 五期碎屑锆石U-Pb年龄与Hf同位素模式年龄分布的比较（Voice et al.,2011；灰色柱显示五期锆石U-Pb年龄范围）Fig.15 Comparison of pooled U-Pb age and Hf isotope model age distribution for discrete pooled U-Pb age classes(Voice et al.,2011;The gray bar showed the pooled U-Pb age)

锆石O同位素组成是中酸性岩浆的物质来源重要的示踪剂之一。从幔源岩浆或地幔岩石重熔形成的岩浆结晶出来的锆石的δ18O值非常接近地幔值5.3±0.6‰（Valley et al.，1998）,而低温表壳物质具有很高的δ18O值（＞10‰），表壳物质加入岩浆将显著提高岩浆及从中结晶锆石的δ18O值。因此，锆石O同位素组成对示踪岩浆中是否有表壳物质加入非常灵敏。Valley等（2005）首次统计了44亿年以来全球已知年龄的1200个锆石O同位素数据，结果显示，全球太古宙锆石的氧同位素组成变化较小，主要集中在5‰～7.5‰，而＜2.5 Ga的锆石δ18O值上限显著＞7.5‰，1.5 Ga之后锆石δ18O值上限进一步增高至8‰～10‰，而显生宙锆石δ18O值上限则增高至9‰～12‰以上（图16），反映了锆石结晶的岩浆源区氧同位素组成随时间不断演化的可能性，指示太古宙以后再循环表壳物质对岩浆的贡献不断增大的趋势。众所周知，板块构造是造成表壳物质再循环和再造的一个重要因素，因而板块构造很可能是～2.5 Ga前后锆石δ18O值上限显著增高的主要因素。

图16 全球1200个锆石δ18O值随时间的演化关系 （引自Valley et al.,2005）Fig.16 Compilation of δ18O(Zrc)versus age for zircons from 1200 rocks with known age(Valley et al.,2005)

近10多年来高精度离子探针（SIMS）氧同位素分析技术的进步极大地提高了锆石氧同位素分析的效率（Kita et al.，2009），实现了在同一颗锆石上进行高质量和高效率的微区原位U-Pb年龄、Hf同位素和O同位素分析（Li et al.，2009），在过去10年里积累了大量的锆石O同位素数据。Spencer等（2017）统计了全球近1.6万颗锆石U-Pb年龄和O同位素数据（图17），结果显示后太古宙锆石的δ18O上限比太古宙锆石显著增高，表明有更多的高δ18O值沉积物加入到后太古宙中酸性岩浆岩中，这很可能和碰撞造山带导致的大规模地壳加厚和改造有关，反映出新太古代以来以深俯冲为特征的现代板块构造开始起主导作用。值得注意的是，锆石δ18O值在2.5～2.15 Ga期间明显增高，同质性检验结果显示在2.15 Ga时锆石δ18O值从5.8‰快速增加到6.8‰，很可能与大氧化事件（GOE） 相关 （Spencer et al.，2014），GOE 促进了高δ18O沉积物在盆地中积累，在后期的构造岩浆作用过程中这些沉积物加入岩浆导致高δ18O锆石的形成。

图17 全球1.6万个锆石δ18O值随时间的演化关系（引自Spencer et al.,2017）Fig.17 Complied global 16,000 zircon δ18O(‰)values over time(Spencer et al.,2017)

4 展望

地质年代学在建立至今的100余年里逐渐蓬勃壮大，无论是测试对象的丰度还是测试数据的广度都得到了空前的扩展。尤其是新世纪以来，以高时间分辨率分析和高空间分辨率分析为代表的高精度年代学进展迅速，成为地质年代学领域最为璀璨的双子星。展望未来，同位素年代学将进一步拓展高时间分辨率定年和高空间分辨率定年精度和广度，更为细致的勾画地质演化轨迹。比如，EARTHTIME正在将U-Pb和Ar-Ar领域的成功经验推广到其他年代学体系（Condon et al.，2016）。Re-Os同位素领域的国际同行正在开展稀释剂联合标定、数据处理算法和流程标准化等方面的探索，并酝酿与U-Pb同位素体系的交叉对比研究（Rooney et al.，2018）。在地球早期演化历史的年代学研究中（EarlyTime），随着定年精度的显著提高，实验室之间定年结果的差异也开始凸显出来。为了评估并减小该差异，在EARTHTIME计划的推动下，一系列Pb同位素溶液得到配制并分发给了Pb同位素分析实验室（Connelly and Condon，2014）。U-Th年代学在第四纪地质研究中发挥了巨大作用。然而，与其他定年体系类似，虽然U-Th定年的精度得到了空前的提升，但是实验室之间结果的差异和定年结果的溯源性没有得到很好的刻画与评估。为了解决上述问题，地质年代学家配制了一系列U-Th年龄溶液和标准溶液，并分发给相关实验室（Richards et al.，2019）。上述高精度年代学的基础标定工作正在进行中。可以预见，随着这些工作的深入，高精度年代学覆盖的广度、结果的准确度、实验室间的吻合度都将得到极大的提高，并进一步推动地球科学的发展。

以锆石定年和Hf-O同位素结合的微区分析是地质年代学过去百余年最为重要的进展，快速高效的分析技术使年代学研究的素材爆炸式增长，为理解地球演化、大陆生长与再造、超大陆聚合与裂解等重大科学问题提供了重要手段（Fedo et al.，2003）。但也应该认识到锆石主要产出于酸性岩浆岩，因此锆石为主的研究难以提供与基性和超基性岩等有关的地质记录（Andersen et al.,2019）。近些年，锆石之外的副矿物定年技术也得到了极大的发展，比如斜锆石、独居石、磷灰石、榍石、石榴石和方解石等矿物的U-Th-Pb定年技术。斜锆石是基性岩石定年的关键矿物，但颗粒一般细小(多小于30 μm)，且呈板状，分选难度相对较大，已有研究工作一般针对单个基性岩体，虽有报道可作为沉积岩中的碎屑矿物（Wilkins et al.,2015），但缺乏相应的进一步研究。独居石因可进行U-Th-Pb定年和Nd-O同位素的耦合分析，其生长环境与锆石互补，预计可以继锆石之后成为第二个同位素年代学“大数据”矿物（Williams,2001；Hietpas et al.，2010）。

随着地质年代学数据的积累以及大数据时代的召唤，各种类型的地质年代学数据库不断涌现出来。这些数据库已经在地球科学研究中发挥积极作用。然而，客观来说，这些数据库仍然存在巨大的提升空间，它们的潜力还有待进一步挖掘。与其他数据库类似，现有的地质年代学数据库主要包含两大类：中心化数据库和分散式数据库。前文介绍的数据库，如Geochon和NGDB等，属于中心化数据库。在地质年代学中，这种类型数据库面临的困境在于，除了数据库维护团队和少数用户以外，绝大多数实验室和科研人员缺乏上传数据的动力。导致这些数据库容量小、活跃度低，大大降低了数据库可用性的。分散式数据库可以促进实验室和科研人员上传有质量保障的数据，然而数据的长周期储存、整合和获取则难以保障。因此，显而易见的解决思路是这两种类型数据库的结合或者连接。这种连接可以通过OpenAPI实现，也可以基于数据管理软件实现，比如由美国国家科学基金会资助EarthCube项目开发的“Sparrow”数据管理系统 （Quinn et al.，2019）。此外，鉴于数据处理方法和有关参数可能会得到更新和修正，为了进一步延长已有数据的生命力，元数据应包含于所有数据库中。

可以预见，随着基础理论研究和测试技术的发展，地质年代学已成为地球科学中重要的基础学科。在大数据和人工智能飞速发展的背景下，深时数字地球（Deep-time Digital Earth,DDE）计划将建立起更为合理的数据平台，进一步整合数据并进行深度挖掘和二次开发，以此为基础的大区域地质年代学深入研究和全球性地质资料的对比将进一步揭示地球演化史中重大事件出现的规律，对地球科学的发展作出更多贡献。

致谢：感谢Noah McLean教授提供Geochron数据库当前的数据容量及运行情况；与Daniel Condon博士的讨论丰富了文章的内涵。两位匿名审稿人的建设性意见和建议对本文的修改完善起到重要的作用，在此一并致谢。