地层数据的集成

18．2　地层数据的集成

地层学有众多分支学科。目前GBDB数据库支持岩石地层、生物地层、年代地层、化学地层、磁性地层等地层学分支学科数据的录入，以及与之相关联的多个其他分支学科信息的集成(图18－2)。

图18－2　GBDB数据库的主要数据结构与数据内容图
(改自樊隽轩等，2011)

与许多地层学和古生物学数据库不同，GBDB数据库的一个重要特点是支持对专家们的不同观点数据的集成。用户可以在GBDB数据库中录入各种历史观点数据，而GBDB平台则提供了对这些来自不同专家或同一专家不同时间阶段的各种观点数据的记录、存储和综合显示。在地层学研究中涉及到的观点数据主要包括两方面:①对剖面的某个化石标本或一类化石标本的鉴定存在不同观点;②对某个剖面的年代地层和生物地层划分存在不同观点。目前GBDB平台已提供了对这两类观点数据的支持(Fan et al．，2013a)。

18.2.1　岩石地层数据

岩石地层数据是在野外获得的最原始的数据，包括最小岩性单元(可识别的最小岩性单元，通常为一个样品采集单层)划分、岩性描述、较高级别岩性单元(如段、组、群等)的划分和描述等。例如，陈旭等(2000)发表的湖北宜昌王家湾北剖面五峰组最顶部的采集层AFA99，就是野外的一个样品采集单层或最小岩性单元，其岩性为黑色钙质页岩;从AFA83至AFA99，均属于五峰组，岩性为黑色钙质页岩夹硅质页岩。

岩石地层信息，对于我们认识化石埋藏的条件、沉积类型，甚至于了解史前生物的生存环境，都是重要的参考信息。截至2015年9月，GBDB数据库中已集成了全球13 174条岩石地层剖面，其中中国剖面10 000余条(图18－3)。

图18－3　GBDB中已集成的中国地层剖面分布图
(图中红点所示)

图18－4显示了GBDB中的一条剖面记录——湖北宜昌黄花场奥陶系剖面的详细地层信息。自上而下分别显示了剖面的行政地理位置和文献出处等概要信息，剖面的组(formation)、层(或岩性层，unit)和样品采集层(collection)等各级别分层信息，以及样品采集层的化石鉴定名单［fossil list，也可称为化石产出记录列表(list of fossil occurrences)］。在剖面的分层信息中，则显示了该分层(组、层或样品采集层)的详细岩性描述，包括颜色、沉积结构、组分和主要岩性等，以及与上下分层的接触关系。此外，其中还记录了化石鉴定命名的厘定信息，例如，对于黄花场剖面采集层ACC 356中被穆恩之等(1993)鉴定为Glyptograptus persculptus(Salter)的标本，Chen et al．(2005)认为该种应归入Normalograptus一属，本文作者(樊隽轩)则根据个人未发表资料认为该种应归入Metabolograptus一属(图18－4)。

图18－4　GBDB数据库中湖北宜昌黄花场奥陶系剖面的剖面记录截图
(据樊隽轩等，2013)
剖面数据引自穆恩之等(1993)。限于篇幅，图中仅显示了黄花场剖面的地理位置等概要信息，以及剖面最顶部的组(龙马溪组)、层(Unit1)和化石采集层(ACC 356)，以及该采集层的化石鉴定名单。在该名单中，化石种名前的加号表明该鉴定名被附加了专家的厘定观点数据(opinion data)。比如位于第一行的鉴定名Glyptograptus persculptus先后被Chen et al．(2005)和樊隽轩(基于未发表资料)修订为Normalograptus persculptus和Metabolograptus persculptus

图18－5显示了通过GBDB平台、基于穆恩之等(1993)的数据自动生成的黄花场剖面综合柱状图。限于篇幅，图中略去了剖面上部的4个化石采集层(ACC 353－ACC 356)的部分化石鉴定名单。图中左侧第一栏为剖面测量的厚度标尺，第三栏至第六栏分别为该剖面的组、层、化石采集层和岩性柱等岩石地层信息。

图18－5　湖北宜昌黄花场剖面综合柱状图
(据樊隽轩等，2013)
图中数据均来自穆恩之等(1993);图件采用GBDB平台集成的TSCreator软件自动绘制

18.2.2　生物地层数据

生物地层数据主要指地层中所蕴含的古生物信息，包括其中产出的各类古生物化石信息以及据此建立的生物地层划分方案或生物地层序列。例如，在穆恩之等(1993)描述的湖北宜昌黄花场剖面中(图18－4)，在龙马溪组底部的化石采集层ACC 356中共发现笔石7种，根据他们当时的研究，可归入两个笔石属，分别是Glyptograptus和Climacograptus。这7个物种就构成了化石采集层ACC 356的化石产出信息或我们通常所说的化石鉴定名单。基于笔石Glyptograptus persculptus(Salter)一种的出现，穆恩之等在该层位建立了奥陶系最顶部的笔石带——Glyptograptus persculptus带。基于类似的原则，就可以建立起该剖面自下而上的生物地层划分方案。

在图18－5所显示的黄花场剖面综合柱状图中，最右侧一栏为该剖面的多门类化石产出信息，左侧第二栏则是穆恩之等(1993)根据各采集层产出的关键化石分子而建立的以笔石为主的生物地层划分方案。

关于生物地层学的厘定数据，可参见图18－6。穆恩之等(1993)将该剖面自下而上划分为5个生物带，分别是Dicellograptus szechuanensis笔石带、Tangyagraptus typicus笔石带、Diplograptus bohemicus笔石带、Hirnantia－Dalmanitina壳相动物群和Glyptograptus persculptus笔石带(图18－6的第四栏)。但根据本文作者(樊隽轩)的最新研究，其中第一和第二个笔石带间的界线需调整，所有4个笔石带的带名均需厘定(图18－6的第三栏)。

图18－6　湖北宜昌黄花场剖面的年代地层学、生物地层学和岩石地层学综合对比图
(据樊隽轩等，2013)
图件采用GBDB中集成的TSCreator软件自动绘制，在绘图软件CorelDRAW中略作编辑

18.2.3　年代地层数据

年代地层数据，包括了根据年代来划分和对比地层的各类信息，如系、统、阶等。例如，湖北宜昌黄花场剖面龙马溪组底部的采集层ACC 356，其年代地层归属为上奥陶统赫南特阶。此类信息与上述的生物地层信息，是划分和对比地层的重要依据。

在GBDB中，用户将某个剖面的生物地层序列与国际标准建立对应关系，就可将国际标准中的年代地层数据投影到该剖面上，构成该剖面的年代地层划分。图18－6显示了黄花场剖面的年代地层、生物地层和岩石地层的综合信息，为节省篇幅，化石产出信息被全部删减。与图18－5相比，图18－6的纵向比例尺也由厚度标尺转换为以百万年(Megaannus，Ma)为单位的时间标尺。

18.2.4　其他相关数据

此类数据资源，虽然不属于地层学的范畴，但却是展示和分析地层数据时必须使用到的辅助数据。随着研究领域和技术手段的不断拓展，辅助数据所涵盖的内容也会不断扩展。目前，相关的辅助数据主要包括现代地理数据(如剖面点或采样点的经纬度数据、所处的行政单元区划等)、古地理数据(如古经纬度、古板块归属等)、数字化的地形图、卫星图和现代地形图等。

18．2．4．1　文献数据

文献数据是一类非常重要的数据资源，GBDB的文献数据记录了GBDB中绝大多数科学数据的来源。例如，某个剖面的岩石地层划分和描述的出处、某个系统分类单元的命名人与文献出处、某个剖面的生物地层划分观点的来源等(樊隽轩等，2012)。通过这一信息，用户可以追溯数据来源、判断数据质量、修订原始数据。目前，GBDB文献数据库中收录的数据均为文献索引数据，而非文献全文数据。截至2015年9月，超过8万条文献数据已经被录入GBDB的文献数据库中。

18．2．4．2　地理数据

地理数据即剖面点或采样点的现代行政区划信息和经纬度数据。将经纬度数据与地理信息系统(GIS)技术相结合，可以开发出一系列数据可视化和分析的重要工具。图18－3是基于现代经纬度数据将中国10 000多个剖面投影到现代地形图上而生成的。如果再叠加上其他数据和图层，如岩相划分信息或生物地理区系划分信息等，将可以帮助我们直观地认识地层的空间展布情况，或者基于岩相和生物相开展古地理学的研究。

18．2．4．3　古地理重建数据

古地理重建数据的一个直观体现就是从现代经纬度到古经纬度的转换。由于板块漂移，现今板块的位置在地质历史中并非一成不变。例如，构成现今中国的几个主要块体，如华南、华北、塔里木、西藏等，在地史中曾相距甚远。因此，现今的某个剖面点，如湖北宜昌王家湾剖面点(N30°58＇56″，E111°25＇10″)，在4．4亿年前的晚奥陶世，很可能位于赤道附近(Boucot et al．，2009)。因此，当我们基于众多地点的地质数据构建该时期的区域或全球古地理重建图时，就必须获得这一从现代经纬度到古经纬度的转换公式。

受当前科技水平局限和地质记录保存不完整的影响，目前各种古地理重建的转换公式还存在较大争议，而且误差也较大。古生代具代表性的全球古地理重建的观点主要包括Scotese＆McKerrow(1990)、Ziegler et al．(1997)、Torsvik＆Cocks(2004)、Boucot et al．(2009)。不同专家学者的观点往往有别，有时甚至还有较大的冲突，在参照使用时需要加以鉴别。目前在GBDB数据库中，一是通过数据导出功能，将剖面点位或化石产地转换为古经纬度数据，从而实现对各种古地理重建软件如PointTracker、PaleoGIS、GPlate等进行支持;二是在2015年初集成了PaleoMap Online这一在线古地理可视化工具，从而可以在Scotese设计的显生宙20多个时间段的古地理重建图上实现地层古生物数据的古地理可视化。

18．2．4．4　数字化地图

对于可视化的地层古生物数据而言，如果能够叠加数字化的地质图、地形图、卫星图、地理交通图等，其意义是显而易见的:①可以快速、直观地了解研究区的地层发育情况及其与区内地质构造的关系;②可以了解剖面的空间展布情况以及采样点的分布情况;③可以结合地层数据探寻尚未被发现的一些区域地质构造和地层展布规律;④可以推测地层的延展和化石的可能出露位置;⑤可以分析某个地层体的时空分布格局;⑥可以分析某个生物类群的时空分布特点;等等。

这些数字化地图均需通过GIS技术整合到数据库中。目前谷歌(Google)和微软(Microsoft)等公司均提供免费的在线全球地图(包括交通图、卫星图等)，并提供相应的接口可供外部调用，这些资源均可作为在线数据库的数字化地图的来源。