手动方法和数字方法在提取地质间断面方面的比较分析——以中国为例

《Journal of Structural Geology》：Comparative analysis of manual and digital approaches for extracting geological hiatuses. A case study from China

动态地形通过地质记录中的不连续面反映，本研究对比中国陆地的手动与数字提取方法。结果显示：数字方法处理速度更快（约9小时），但存在数据缺失问题（如年轻地层覆盖区）；手动方法能整合地下数据（如钻探资料），减少不确定性，但耗时较长（数周）。两种方法在“不连续面/连续面”映射中结果相近，但“基面映射”存在显著差异。建议未来地质图库需标准化（统一地层名称、坐标系统、分辨率），并整合地表与地下数据以提高动态地形解析精度。

　　本文探讨了如何利用地质数据来研究地幔动力学过程，特别是在中国大陆的背景下。通过对比手动和数字化方法提取地质间断面（即不连续沉积面或缺失层）的分布，研究者们发现这两种方法在处理数据时具有不同的优势和局限性。手动方法通常需要大量的人工工作，包括对地质图的视觉解释和人工数字化，而数字化方法则通过使用现有的数字化地质图和地理信息系统（GIS）技术，能够在较短时间内完成数据提取和分析。尽管数字化方法在效率上明显优于手动方法，但其仍受到数据覆盖范围的限制，无法像手动方法那样整合地表以下的信息。因此，结合数字化处理与手动方法的补充信息，可能是未来研究地幔动力学的一种更优策略。

研究者们首先回顾了地幔动力学对地表形态的影响，特别是地幔对流所引起的动态地形变化。这种地形变化可以导致地表的沉降或抬升，从而影响沉积环境的形成。例如，地表的沉降会创造适合沉积的环境，而抬升则可能导致侵蚀或非沉积环境，从而形成地质记录中的缺失段。这些缺失段（即间断面）在地质记录中以不整合面的形式出现，是研究地幔动力学的重要线索。通过分析这些不整合面的分布，可以追踪地幔对地表的动态影响，尤其是在大陆尺度上。

为了实现这一目标，研究者们对中国的地质记录进行了系统分析。他们使用了之前手动整理的亚洲地质不连续面数据集，与最近发布的中国数字化地质图进行了对比。这种对比不仅有助于理解地幔对地表的动态影响，还能够评估不同方法在提取地质数据方面的有效性和准确性。研究显示，数字化方法在提取间断面时更为高效，能够在几天内完成原本需要数周时间的手动工作。然而，数字化方法的局限性在于它仅能处理地表数据，而手动方法则能够整合地表以下的信息，如钻孔数据、地质剖面和区域研究结果。

研究者们进一步指出，数字化地质图的处理方式在一定程度上会影响最终结果的准确性。例如，数字化方法依赖于标准化的向量几何，可以更均匀地提取点数据，但这些数据仍然受到原始地质图编制过程中主观判断的影响。因此，为了确保数据的一致性和可重复性，有必要在数据处理前进行空间正则化，以减少数据中的局部噪声，并突出地幔动力学所引起的长波长信号。这一过程涉及将提取的点数据重新采样为统一的网格，每个网格节点代表一个特定的区域，并赋予其相应的值，以表示该区域是不整合面还是整合面。

此外，研究者们还分析了不整合面比例（hiatus ratio）的变化。不整合面比例被定义为不整合面面积与整合面和不整合面总面积的比值。通过计算这一比例，可以评估某一地质时期内不整合面的分布情况，并进一步理解地幔动力学对地表形态的影响。结果显示，手动方法的不整合面比例通常较低，表明整合面在地图中占主导地位，而数字化方法的不整合面比例较高，说明不整合面在大多数情况下更为显著。这种差异主要源于两种方法在数据处理上的不同特点：手动方法能够整合更多地表以下的信息，从而减少空白区域的出现，而数字化方法则受到数据覆盖范围的限制。

在分析不整合面分布时，研究者们发现，不同地质时期内的间断面模式存在显著差异。例如，在上白垩纪的不整合面分布中，数字化方法显示出较多的不整合面，而手动方法则在某些区域显示出更多的整合面。这种差异可能是由于数据覆盖范围的不同，以及两种方法在解释地质数据时所采用的不同策略。手动方法依赖于地质学家的主观判断，而数字化方法则基于标准化的数据处理流程。

研究还指出，数字化地质图的分辨率和覆盖范围对结果的影响较大。例如，在中国，数字化地质图的分辨率通常为1:1000000，而手动方法所使用的地质图则可能具有更粗略的分辨率。这种分辨率的差异可能导致某些区域在数字化方法中显示为空白，而在手动方法中则能够显示为整合面。因此，在进行不整合面分析时，需要考虑地质图的分辨率和覆盖范围，以及数据的完整性和准确性。

为了进一步提高不整合面分析的准确性，研究者们建议建立一个标准化的数字化地质数据库，该数据库应包含地表和地表以下的地质信息。这样的数据库不仅能够提高数据处理的效率，还能增强不同研究之间的可比性，从而促进跨学科的合作。目前，尽管已有部分数字化地质图被发布，但它们的覆盖范围和分辨率仍然存在较大的差异，这限制了它们在地幔动力学研究中的广泛应用。

研究者们还讨论了数字化地质图在数据处理过程中的一些挑战。例如，如何将地质图中的地质年龄描述转换为标准化的数值范围，以及如何处理不同地区地质图的不一致性。这些问题在数据处理过程中需要仔细考虑，以确保结果的准确性和一致性。此外，研究者们还提到，数字化地质图的处理需要特定的软件工具，如QGIS或ARCGIS，这些工具能够有效地提取和处理地质数据。

在不整合面分析中，研究者们还发现，某些地质时期的不整合面分布与地幔动力学的信号存在一定的关联。例如，在更新世的不整合面分布中，数字化方法显示出较高的不整合面比例，这可能与地幔动力学引起的地表抬升有关。然而，也有可能这些不整合面是由海平面变化或地壳变形等其他因素引起的。因此，在进行不整合面分析时，需要综合考虑多种因素，以确保对地幔动力学信号的准确识别。

总的来说，本文通过对比手动和数字化方法提取不整合面分布，展示了这两种方法在地幔动力学研究中的应用和局限性。研究者们认为，尽管数字化方法在效率上具有明显优势，但手动方法仍然在某些情况下更为可靠，特别是在整合地表以下信息方面。因此，未来的研究应当结合这两种方法，以充分利用它们的优势，提高不整合面分析的准确性和全面性。此外，建立标准化的数字化地质数据库，将是推动地幔动力学研究的重要步骤。