互联网上的矿物专业数据库和矿物信息资源平台

胡 欢，董少春，王汝成，陆现彩，徐士进

南京大学 地球科学与工程学院，江苏 南京 210023

矿物学是一门古老的科学，在漫长的发展过程中积累了大量的基础认识和数据信息。自20世纪，计算机信息技术日益普及，互联网快速发展，这些都为矿物基础数据信息系统的建立和远程服务提供了实现的基本条件，而互联网上大型矿物数据库和矿物数据信息平台问世于20世纪90年代末，这些数据库和信息资源中心数据齐全，实时更新，具有强大的检索和查找功能[1]。它们不仅为矿物科研工作、教学人员和矿物标本收集爱好者们快速提供有关矿物的数据和信息，而且拓展了传统矿物学的内涵和研究领域。

目前互联网上矿物专业数据库和信息资源平台主要分为：矿物基本性质数据库、矿物晶体结构数据中心和数据库及矿物谱学数据库三大类，另外还有其他矿物网络资源和相关信息。

一、矿物基本性质数据库

1．矿物数据库Mineralogy Database

网址：http://www.webmineral.com。

矿物数据库Mineralogy Database是目前互联网上最大的矿物数据平台（图1）。该数据库目前提供4714个矿物种类的详细描述，包括矿物化学式、理论化学成分、产状、典型产地，命名来源、结晶学特征、粉晶X 射线衍射峰、物理性质、光性矿物学特征、矿物分类、相关文献和资源链接等，而且每个矿物配有精美的图片。矿物数据库Mineralogy Database提供了多种检索方式，有矿物英文名称、化学成分、粉晶X 射线衍射数据、矿物名称首字母顺序A-Z、丹纳Dana和斯特伦Strunz分类等多种方式进行检索。除上千种天然矿物的基本特征信息外，矿物数据库还采用Jmol和JPOWD Java控件，将抽象的结晶学基础知识通过三维虚拟现实技术形象展示，为矿物和晶体教学提供了很好的辅助作用。该数据库收集内容齐全，检索方便，而且图、文、声并茂，堪比结晶学矿物学百科大全。

2．矿物数据库Mindat

网址：http://www.mindat.org。

与矿物数据库Mineralogy Database类似，矿物数据库Mindat 也是现今互联网中规模较大的矿物数据库平台和矿物学信息资源网站（图2）。

图1 矿物数据库Mineralogy Database网站首页

图2 矿物数据库Mindat网站首页

该网站可查询6000多种天然矿物的基本特征和信息，包括矿物化学式、理论化学成分、产状、典型产地、命名来源、结晶学特征、粉晶X射线衍射峰、物理性质、光性矿物学特征、矿物分类、相关文献和资源链接，相应地该数据库提供矿物英文名称首字母、物理性质、化学成分等多种检索方式。值得一提的是，该数据平台更着重于提供矿物典型产地的详细经纬度和地图，甚至提供产地检索和100个世界上最富盛名的矿物产地，更好地服务于矿物标本收集爱好者和科普普及。

3．国家岩矿化石标本资源共享平台

网址：http://www.nimrf.net.cn/kwx。

国家岩矿化石标本资源共享平台是科技部国家科技基础条件平台的重要组成部分及成果之一，由中国地质大学（北京）牵头，中国地质博物馆、中国科学院古脊椎动物与古人类研究所、中国科学院南京地质古生物研究所、中国地质科学院矿产资源研究所、中国地质大学（武汉）、吉林大学等国家级岩矿化石标本资源保存单位共同完成。平台系统整合了岩矿化石标本资源12.6万余件，其中包含中国新矿物及典型矿物标本和部分国外典型矿物标本1.2万件（图3）。

系统矿物学数据库提供2996 种矿物的分类、化学成分、晶体结构、结晶形态、物理性质、化学性质以及矿物的成因和产状等基本数据，还包括部分矿物的图片和三维晶体形态和结构图。并有特色珠宝玉石专题和矿物观赏石系列视频。网站提供矿物中英文名称、晶系晶类、化学成分、颜色等16 个查询条件快速检索矿物学数据[2]。

图3 国家岩矿化石标本资源共享平台系统矿物学检索界面

二、矿物晶体结构数据中心和数据库

国际上最权威晶体结构数据库是剑桥结构数据库(Cambridge Structural Database，简称CSD)和无机晶体结构数据库(Inorganic Crystal Structure Database) 两大数据库，其中剑桥结构数据库为有机及金属有机化合物晶体数据，而和矿物学相关的是无机晶体结构数据库ICSD[3]。另外，网上还有一些免费的矿物晶体结构数据库，其中最重要的是美国矿物学家晶体结构数据库。

1．无机晶体结构数据库

网址：http://cds.dl.ac.uk/。

无机晶体结构数据库（Inorganic Crystal Structure Database，简称ICSD），由德国卡尔斯鲁厄专业信息中心（Fachinformationszentrum Karlsruhe，简称FIZ Karlsruhe）和美国国家标准与技术研究院（National Institute of Standards and Technology，简称NIST）共同收集，主要提供到目前为止所有试验测定的、不含C-H键的无机化合物晶体结构数据，是世界上最大的无机晶体结构数据库。

该数据库原始数据来自80多个核心期刊和1300个其他期刊，从1913年开始出版以来，至目前为止该数据库已包含193878条化合物条目，数据库每年更新两次，每次添加约3000条新记录。该数据库可提供金属或无机化合物在数据库中编码，化学名称、化学式、矿物名称、晶胞参数、空间群、原子坐标、热参数、位置占位度、合成条件及有关文献等各种信息，并支持晶体结构信息文档CIF的输出和三维晶体结构的展示。目前网站还提供CrystalWorks 在线检索方式，具体检索结果如图4。

2．美国矿物学家晶体结构数据库

网址：http://www.minsocam.org/MSA/Crystal_Database.html。

美国矿物学家晶体结构数据库（MSA Crystal Structure Database）是由美国国家科学基金会资助，美国矿物学会和加拿大矿物学协会监管、目前唯一免费的矿物晶体结构数据库。该数据库中晶体结构数据主要来自美国矿物学家、加拿大矿物学家、欧洲矿物学杂志、矿物物理化学学报以及其他相关期刊，共收集了1007个矿物，2627条目。每个条目的信息分为两部分，第一部分是作者和参考文献信息，第二部分是矿物结晶学参数，有矿物名称、晶胞参数、空间群、各原子占位和坐标（图5）。美国矿物学家晶体结构数据库可提供矿物英文名称、作者、化学成分、化学式、晶胞参数和衍射参数等多种检索方式，而且查询结果提供有CIF（Crystallographic Information Files）、粉晶衍射数据等多种文档格式下载和JMol虚拟三维晶体结构演示。

图4 无机晶体结构数据库的CrystalWorks检索结果

图5 美国矿物学家晶体结构数据库检索页面

三、矿物谱学数据库

1．国际衍射数据中心

网址：http://www.icdd.com。

国际衍射数据中心（The International Center for Diffraction Data，简称ICDD）是一个非营利的科学研究组织，致力于收集、编辑、出版和分发用于结晶材料物相鉴定的粉末衍射数据，在全球范围内收集数据和提供大量标准化的结构和材料分类数据（图6）。

ICDD粉末衍射数据库（Powder Diffraction File，简称PDF）数据来自2000余种期刊，包含了871758个唯一的材料数据条目，是世界上最大的无机衍射数据库。每一个数据条目以标准化的形式进行编排，包含衍射、晶体学、参考文献和实验、仪器、样品条件，以及标准格式的物理性质，以便于更快的确认未知物相。

另外，为了满足不同用户需求， 国际衍射数据中心按照不同的形式设计和制作了相应的数据库，其中PDF-4/矿物可满足矿物工作者的需求，属于PDF-4+子系统，是世界上有关矿物和相关矿物材料的最大粉晶衍射数据库之一。数据库可提供70多种检索方法，可将晶胞参数、作者、特征峰线L1、L2、L3的任意组合和对强谱线d1、d2、d3的任意关键词组合，具备全面的显示、检索和数据过滤功能。

2．矿物拉曼光谱、X射线衍射和化学数据的综合数据库（RRUFF）

网址：http://rruff.geo.arizona.edu/rruff/。

矿物拉曼光谱、X射线衍射和化学数据的综合数据库（RRUFF）最初建立的目的是为NASA火星探测器上的拉曼仪器提供一套高质量的矿物光谱数据库，但随着数据库的不断发展，它逐渐成为矿物学界最权威的矿物结构数据库之一[4-5]（图7）。

该数据库向全世界免费开放，它不仅详细准确地记录了世界上天然矿物及人工合成矿物的基本物理化学性质和产地等基本特征，更提供了矿物拉曼光谱、红外光谱、X射线粉晶衍射等矿物标准谱图和结构参数等，为矿物精细结构半定量-定量分析提供了方便的检索平台。

图6 国际衍射数据中心网站首页

图7 RRUFF晶体结构数据库检索首页

四、其他矿物网络资源

除了上述大型矿物专业数据库和平台之外，网上还有许多学术机构、非营利性组织、博物馆或个人建立的，免费向大众提供矿物学图集、参考资料和教学资源的网站。

（1）不透明矿物和矿石矿物图集（Virtual Atlas of Opaque and Ore Minerals in their Associations）， 网址：http://www.atlas-of-oreminerals.com/.

（2）美国史密森国家自然历史博物馆矿物科学部（Department of Mineral Sciences, Smithsonian National Museum of Natural History），网址：https://mineralsciences.si.edu/.

（3）矿物学手册（Handbook of Mineralogy），网址：http://www.handbookofmineralogy.org/.

（4）英国公开大学的虚拟光性矿物学课程（Virtual Microscopes at the Open University），网址：https://www.virtualmicroscope.org/。

（5）美国亚利桑那州大学地球科学系的矿物学 课 程（Geosciences 306 Mineralogy, Department of Geosciences at the University of Arizona），网址：https://www.geo.arizona.edu/xtal/geos306/geos306.html.

（6）地球科学教学资源汇总的矿物学部分（Teaching Mineralogy of Earth Educations’Rendezvous Teaching Mineralogy，网 址：https://serc.carleton.edu/NAGTWorkshops/mineralogy/index.html。

五、互联网大型矿物数据平台在实际教学和科研中的应用

互联网大型矿物数据平台汇集了大量的矿物信息资源，为我们开展矿物学教学和研究提供了重要而便利的资源。

以“结晶学与矿物学”课程为例，作为地质学专业重要的基础课程之一，是一门理论性强且注重实践的学科[6-7]。在课堂教学过程中，结晶学基础概念抽象，知识要点多，而矿物实习课中，矿物鉴定种类多，形态各异，这些都是教师讲授和学生学习中的难点。为了解决这些难点，在传统教学和实物手标本观察的基础上，我们可以结合Internet大型矿物数据平台，充分利用其生动、形象、直观和信息量大的特点，动态展示矿物的基本特性和多样性，扩大学生视野，提高学生鉴别矿物的能力。以常见的矿物黑云母Biotite为例，在mindat矿物数据库检索结果页面，可见精美的图片，详细的矿物名称来源、动态晶体形态，X射线粉晶衍射峰，世界著名产地等，内容足以和矿物学教科书媲美（图8，图9）。这不仅弥补传统教学资源的局限性，而且有助于学生深度掌握矿物的多样性特征，提高了教学效率和教学质量。

图8 mindat数据库中黑云母基本特性

而对于矿物科研工作者来说，除基本矿物性质和参数，互联网上大型矿物数据平台更有助于提供解析矿物数据需要的矿物晶体结构参数和标准谱学图谱。同样以黑云母为例，在美国矿物学家晶体结构数据库可以检索到从1939～2000年期间在美国矿物学家杂志发表的近30条关于黑云母的晶体结构参数，而RRUFF数据库则提供黑云母各亚类的标准拉曼键性图谱，有助于快速匹配矿物分类和化学含量分析（图9）。

图9 RRUFF数据库黑云母的基本参数和标准图谱

六、结语

互联网上矿物数据库资源实现了矿物数据的高效存储和精确检索集成于一体，为矿物学研究、应用和教学提供了极大便利。矿物研究学者可以在网上方便快速查阅各种矿物相关的信息，并及时了解学科领域最新动态，而另一方面，在矿物教学过程中引入网络上的矿物数据库资源和平台，不仅提升学生在矿物学知识方面的检索能力，而且使传统的教学内容得以拓展，从而加深学生对矿物基本特性理解，提高学生素质。

目前互联网和矿物学科都在飞速发展，但如何在浩瀚的数据海洋中快速获取所需的矿物信息资源，并合理有效地为科研和教学服务是广大矿物学科研工作者需要研究和探讨的问题。