1.地学超级计算与智能感知、智能勘探
数值模拟技术作为计算机技术革命在工程分析、设计和科学研究中的具体表现，历经数十年的发展，已在地球科学与工程领域得到了广泛的应用。结合现代多源观测，通过基于物理的超级计算数值模拟技术重点探索：（1）区域或海底构造活动及洋底动力过程；（2）地质灾害（如地震、海啸、火山、滑坡等）评估与成灾机制的数值模拟；（3）成矿-成藏机制的并行模拟计算和可视化，深部/非常规地质工程与海底能源资源开发工程等领域；（4）数字岩心等。
2.大型地学数值模拟与软件平台研发
随着高性能计算技术的不断发展，计算能力越来越强，地球科学中的数值模拟如今已发展为复杂结构与物质组成、不确定性量化等更大的范畴，为此，发展多尺度多场耦合模拟方法及软件平台至关重要。本研究将发展地学与地质工程计算理论及软件的研究、开发、推广及应用；以自主研发的软件（中短时间尺度为主）为基础，博采众长，与以百万年长时间尺度模拟为主的国际地球动力学软件相融合，以实现跨时间尺度、纳米到全球尺度的多时空耦合模拟研究。
3. 地学大数据与精准数字勘探
地球科学领域广泛存在大数据，并正以指数形式增长，地球科学大数据信息挖掘日益获得地球信息科学（Geoinformatics）科学家的重视。为此，将围绕大数据(big data)及人工智能（artificial intelligence）在地学中的应用开展研究工作，主要研究对象包括大数据分析和处理方法、机器学习(machine learning)理论及其各类机器学习算法，以及二者在地球内部结构精细探测、地球动力学模拟计算以及地质资源（油、气、水合物、地热、战略性金属矿产等）勘探与开发多场耦合数值模拟等方面的应用基础研究。同时，本研究方向拟综合应用GIS、大型关系型数据库、智能移动设备等现代信息技术和定量统计分析、三维地质建模等先进地质信息方法，建成覆盖从数据动态采集、地质数据管理、资源储量估算、勘探设计等地质找矿和海洋石油勘探工作全流程的信息化与智能化平台实现面向不同专业、业务应用的精准智能数字勘探(digital exploration)、深地采矿（deep mining）和勘探，服务国家能源领域重大需求。
第二代虚拟现实实验室（邢会林，2020）
5亿年动态重建的透视地球（曹现志、李三忠，2021）
