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定量地质学 摘要：自从18世纪近代地质学创立以来，地质学取得了许多重大成就。在地质学发展的几百年中，定性的描述远远多于定量的解释。然而随着科技的进步尤其是计算机技术的发展，各个学科由定性描述向定量描述的发展已呈现不可逆转的趋势，地质学也不例外。定量地质学必将为地质学发发展开创一个新纪元。GIS作为一项新兴技术，以经在多个领域得到了广泛的应用。遥感的很多特点如：大面积同步观测，经济性，数据的综合可比性。都非常适合地质学的研究特点。3S技术与地质学的结合必然给地质学带来质的改变，同时地质学与遥感技术的结合也会促进定量地质学的发展。 关键字：定量地质学、遥感技术、 GIS 一、定量地质学 定量地质学并不是一个新的提法，但是并没有取得什么实际性的成果。诚然在原来的技术条件下使地质学的定量化受到了极大的限制，但是随着GIS技术的发展，它??够为地质学提供大量的空间数据和空间数据分析，定量地质学一定会有巨大的发展空间。就像遥感改变地图学，GIS将该变地质学。 1.定量地质学发展历史 地质学和数学的首次结合大约开始于150多年前，英国地质学家莱伊尔首次应用数理统计研究第三纪地层中古生物以解决地层的划分问题。进入21世纪之后，世界不同程度地进入了经济知识时代，要求对资源进行更为精确的评价，政府和社会对环境与资源的关注，要求更精确的定量地预报诸如滑坡、地震、泥石流等地质灾害。因而，这些都促进的地质学向定量方向发展。另一方面，地质学在自身的发展过程中，由于测试仪器的改进，新的物探、化探手段的增加，特别是人造地球资源卫星像片在地质学中的应用，使地质数据和资料的数量增长速度很快，应用传统的定性手段分析这些资料已无法完成任务。因而，地质学本身的发展也要求引进定量的研究方法。 20世纪50年代后期，有人将计算机首次在地质学中应用，被视为地质学向定量化发展的标志。到了20世纪80年代，建立、应用和解释地质学中的数学模型则成为定量地学的主要内容。在此基础上，更进一步明确了数学地质学所要建立和应用的数学模型，包括地质体、地质过程和地质工作方法等几个方面。 2.地质学定量化的研究意义 地质学是关于地球的物质组成、内部构造、外部特征、各圈层之间的相互关系和演化历史的知识体系，它的发展有着悠久的历史。人类对岩石、矿物性质的认识可以追溯到远古时期。但数百年来，地质学家们都习惯于应用传统的观察、比较、历史分析等定性的研究方法，很少在地质学中采用定量的方法。地质学与数学交叉结合，地质学走定量化发展道路是历史的必然。 我认为现在地质学中时间的概念还不精确。以我们常提起的恐龙突然灭绝为例，通常的说法是恐龙在距今6500万年前灭绝了，但是恐龙底是在多长时间内消失的并不清楚，是1000年还是1万年还是10万年。有人说是100万年或是更久。一些物种从它的产生，发展，到巅峰，直至衰亡和灭绝也不过几百万年时间。如果恐龙灭绝持续了100万年那何来恐龙突然灭绝一说。这只是生物进化的自然过程而已。比如说剑齿虎生活在距今300万年至1万年，我们可不可以说剑齿虎突然灭绝了？显然不可以。地质作用确实是一个漫长的过程，地球从产生到现在已有46亿年的时间，但还我们研究地质问题却要有更精确的时间的概念。定量地质学要求我们有精确的时间系统，当我们把地质问题划分为更精确的时间，我们会有更多新的发现。现在地质学中常用的时间单位是百万年，10万年对地球的发展史来讲很短，但是可以发生翻天覆地的变化。意思是在地质学中时间的概念越精确越好，虽然这很难但这正是我们需要研究的地方。 地质学的理论研究过程中缺少严密的逻辑证明。以大陆漂移假说为例，魏格纳只是定性的推断，认为轻的硅铝质大陆在重的硅镁层上漂移。后来的学者认定大陆漂移的能量来自地球内部的放射性元素。海底扩展学说有力的支持了这一观点。但是当时并没有测量出每年各个板块运动的速度，共需要多少能量，物理模型是怎样的。现在的GPS技术已经可以精确的测量出各个板块的漂移量。我认为我们可以通过地球内部的放射性元素的含量以及它的半衰期计算出每年释放出多少能量，建立适当的物理模型来反推出各个板块的漂移量。通过严密的逻辑推理来证明大陆漂移学说是否正确。也许有人认为这是没有意义的也是不可能的。几千年前，我们的祖先通过长年累月的观察测的了一年的时间，但是现在我们通过物理方法可以很容易的推算出一年的时间。这就是定性的描述和定量的计算的区别。地质过程复杂多变，地质数据不易获取，但是只要在复杂的现象背后找到本质的规律，各种问题将迎刃而解。就像天文学中，我们通过对天体长时间的观察，找到了其中的本质规律（万有引力定律），就可以对各种复杂的天文现象给予解释。甚至是一些不可见的现象如：黑洞的存在就是通过物理原理推理得到证明的。地质学的定量化发展可以在地质学中使用物理模型和逻辑证明，这样很多假说就可