地球化學基因是選擇地球化學過程中性質相似或顯著不同的一組元素進行排序以形成基因鏈，然後依據元素含量標準化值之間的相互關係進行基因編碼，基於基因編碼的相似性來判斷樣品之間的相似性或相似程度。
地球化學基因是近幾年提出的新技術，在樣品分類與識別、物源示蹤與溯源等領域將具有巨大的套用前景。
基本介紹
技術簡介,背景介紹,萌芽,孕育,創立,展望,
技術簡介
地球化學基因是近幾年提出的一種新的地球化學示蹤技術，其實質類似微量元素蛛網圖和稀土元素配分曲線的定量表征（即從定性走向定量）。
元素含量數據是成分數據，其實質是比值數據且受到加和恆常數的約束（即閉合效應或加和效應），屬於 Aitchison 空間數據。在歐氏（Euclidean）空間研究樣品間元素含量關係時通常需要進行數據轉換。
地球化學基因的原理是基於同一樣品中元素之間的相互關係來進行基因編碼，隨後利用基因相似度來研究樣品之間的關係，因此基因編碼與相似度的計算不受上述成分數據的約束，對於樣品的全組分（full compositions）或亞組分（subcompositions）均可使用。
背景介紹
在地球化學領域關於基因這一術語在國外尚未見報導。雖然國際文獻中有地球化學指紋（geochemicalfingerprint）、地球化學足跡（geochemicalfootprint）和地球化學簽名（geochemicalsignature）這些術語的使用，但這些術語並沒有“指紋”、“足跡”、“簽名”的實質含義，而是相當於“地球化學特徵”這一術語。
從地球化學基因的萌芽、孕育和初創三個階段來看，地球化學基因是屬於來自中國地球化學家的原創性科研成果。
萌芽
在國內地球化學領域，基因這一生物學術語最早由中國地質科學院地球物理地球化學勘查研究所謝學錦院士研究團隊將其引入到地球化學領域，他認為化學元素是地球的基因，而地球化學圖可以被看作是基因圖譜。這一術語也被2016年5月12日成立的聯合國教科文組織全球尺度地球化學國際研究中心所採用。關於基因術語的這一認識階段可以將其稱為地球化學基因的萌芽階段。
孕育
2015年有色金屬礦產地質調查中心張遠飛研究員團隊提出了地球化學元素序結構的概念，進而於2016年將其明確為地球化學元素基因譜曲線，即對區域化探掃面計畫所分析的39項元素的含量數據進行預處理、模式識別分類與排序而得到的蛛網圖。這一認識借鑑了元素排序蛛網圖的思路，但尚未提出基因編碼及其屬性的相關概念，因此可將這一認識階段稱為地球化學基因的孕育階段。
創立
圍繞土壤物證樣品溯源的研究目的，中國地質大學（北京）龔慶傑教授研究團隊嚴桃桃等於2018年提出了地球化學基因的概念，並給出了地球化學基因的構建步驟、編碼技術、相似度計算等方法技術，同時構建了岩性地球化學基因（隨後被編號為LG02）並基於岩石風化剖面提出了遺傳性與繼承性的檢驗、相似基因的判別標準，進而將其套用於地質樣品溯源研究。
為了獲得不受風化程度差異影響的更穩定的岩性地球化學基因且既可有效區分酸性岩與基性岩成分同時又可形成便於記憶的基因編碼，龔慶傑教授研究團隊於2020年提出了一種新的岩性地球化學基因並編號為LG01。該基因在原岩性基因（LG02）基礎上採用Mn和Pb替換了原來的La和Y並重新排序，使理想酸性岩（以中國酸性岩豐度數據組成的虛擬樣品）的基因編碼為10202020202，理想基性岩的基因編碼為12020202020，即中國酸性岩與基性岩的基因譜線呈近似鏡像對稱，二者的基因相似度為0。基於這一特徵，利用LG01基因的酸性相似度（即相對於10202020202基因的相似度）可對樣品進行成分分類和物源示蹤。經廣東連陽花崗岩體和佛岡花崗岩體、海南海口玄武岩、北京房山花崗閃長岩體上的4條風化剖面樣品檢驗，發現LG01岩性基因不僅可以較好地進行成分分類和物源示蹤，而且相對於LG02岩性基因具有更好的穩定性，即LG01岩性基因基本消除因風化程度差異而引起的基因變異性。
目前，地球化學基因的研究主要集中在不同種類基因的構建、完善及其檢驗等方面。在地球化學基因構建的元素選擇過程中，岩性地球化學基因選擇的是風化過程中的相對不活動元素，稀土元素基因選擇的是具有相似化學性質的協變元素，金礦化基因與鎢礦化基因則選擇的是成礦指示元素（即主成礦元素及其伴生元素，在富集趨勢上類似協變元素）和相對不活動元素。如果地質過程中所選擇的元素滿足不活動性、協變性，或成礦指示元素的協同富集性特徵且母岩成分均勻，則地球化學基因應具有穩定的遺傳性和繼承性，否則將可能會出現變異性，如母岩成分的不均勻或不同母岩的地質混合作用等可引起地球化學基因的變異。
因此，基因的檢驗目前主要集中在岩石風化過程中基因穩定性的檢驗，即對基因遺傳性與繼承性的檢驗方面。這些成果標誌著地球化學基因的概念及其技術方法已經初步形成，但其潛在套用價值尚未得到充分體現，也尚未形成系統的基因表達譜系，因此中國地質大學（北京）龔慶傑教授研究團隊將這一認識階段稱為地球化學基因的初創階段。
展望
相信通過地球化學界同仁的共同努力，地球化學基因技術將會得到長足發展，有望在基礎地質、資源勘查、生態環境、過去全球變化、法庭地球化學（物證溯源）等多個領域發揮重要作用。
