一、研究背景及意義

     水文地質(zhì)工作者通過(guò)將復(fù)雜的多孔含水結(jié)構(gòu)刻畫(huà)為相對(duì)簡(jiǎn)單又不失地質(zhì)特性的模型，從而服務(wù)于地下水管理和研究，該過(guò)程稱之為水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)模擬。水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型刻畫(huà)的主要目的之一是反映含水介質(zhì)的滲透性能。因此，水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型是地下水流模型的基礎(chǔ)，水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)的精細(xì)化程度對(duì)地下水?dāng)?shù)值模擬至關(guān)重要。

     目前大多數(shù)地下水模擬方法是采用確定性模型，確定性模型的主要特征是參數(shù)分區(qū)的賦值是定值。但在實(shí)際情況中，含水介質(zhì)在某一研究尺度上可能具有強(qiáng)烈的非均質(zhì)特征，確定性模型無(wú)法反映真實(shí)的水流運(yùn)動(dòng)狀況。譬如，沉積情況較復(fù)雜的湖積環(huán)境以及裂隙、孔洞廣泛發(fā)育的巖溶地區(qū)等，即使經(jīng)過(guò)詳細(xì)的水文地質(zhì)調(diào)查，也很難將含水介質(zhì)進(jìn)行準(zhǔn)確地分區(qū)。在油氣藏地質(zhì)領(lǐng)域，研究者們利用有限的鉆孔資料得到未知點(diǎn)的地質(zhì)概率分布，并進(jìn)行多次等概率模擬，從而實(shí)現(xiàn)水文地質(zhì)巖相隨機(jī)模擬并進(jìn)行不確定性分析，使得油藏地質(zhì)結(jié)構(gòu)更加逼真和細(xì)致。但由于鉆孔資料的缺少以及研究尺度的不同，對(duì)于水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)的隨機(jī)模擬，相關(guān)研究還比較少見(jiàn)。

     水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)模擬是一項(xiàng)復(fù)雜的任務(wù)，需要地質(zhì)勘察、建模理論和軟件、多源數(shù)據(jù)融合、參數(shù)提取等幾個(gè)方面來(lái)入手這項(xiàng)工作，本文對(duì)以上幾個(gè)方面的國(guó)內(nèi)外技術(shù)前沿進(jìn)行梳理和總結(jié)。

    二、最新研究進(jìn)展

　　1、水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)勘察方法和手段

　　鉆探法目前仍是最直觀和最具可信度的地質(zhì)勘探手段，但鉆探法通常會(huì)耗費(fèi)大量人力、物力和財(cái)力。因此，地質(zhì)工作者們通常會(huì)輔以地球物理勘探的手段進(jìn)行水文地質(zhì)調(diào)查。目前常見(jiàn)的水文地質(zhì)物探方法主要有電法勘探、磁法勘探、地震勘探和聲納法等，其中電磁法勘探廣泛應(yīng)用于水文地質(zhì)勘察，電法和磁法勘探技術(shù)有許多分支，主要包括自然電位法、高密度電阻率法、激發(fā)極化法、大地電磁法、瞬變電磁法和磁共振技術(shù)等。近年來(lái)研究者們更傾向于使用綜合物探方法確定水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)，如大地電磁法（MT）與地面核磁共振方法（SNMR）、地質(zhì)雷達(dá)、三維電阻率層析和地震勘探等技術(shù)的聯(lián)用，實(shí)現(xiàn)了含水層的精細(xì)刻畫(huà)。

 2、水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)建模理論和軟件

　　由于水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)的不確定性，地質(zhì)工作者需要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)、地質(zhì)規(guī)律和有限的地質(zhì)信息預(yù)測(cè)未知區(qū)域的地質(zhì)屬性。無(wú)論是含水層的邊界、巖性還是地質(zhì)構(gòu)造都需要借助一定的數(shù)學(xué)方法來(lái)預(yù)測(cè)和模擬。

　　同許多三維地質(zhì)建模的基本理論一樣，基于地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)的各種克里金插值方法是解決水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)空間變異性的常用途徑。一般的地質(zhì)統(tǒng)計(jì)建模屬于確定性建模，另一種方法稱之為隨機(jī)模擬。隨機(jī)模擬并不一定能在未知點(diǎn)取得完美的預(yù)測(cè)效果，但利用隨機(jī)數(shù)學(xué)建模再現(xiàn)目標(biāo)屬性的概率分布，便于地質(zhì)工作者進(jìn)行空間變異分析，是隨機(jī)模擬的最大優(yōu)勢(shì)。

　　3、水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)建模的多源數(shù)據(jù)融合技術(shù)

　　對(duì)于水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)的勘察和建模，勘察資料通常是廣泛的，不限于鉆孔、地質(zhì)圖和物探等手段，遙感、攝影測(cè)量、激光掃描、地質(zhì)地貌圖、水文地質(zhì)剖面圖等。因此，多源數(shù)據(jù)融合是提高模型準(zhǔn)確性的必然趨勢(shì)。

　　三維地質(zhì)建模方法按建模數(shù)據(jù)源的類型不同可以分為基于鉆孔、基于地質(zhì)剖面、基于地表測(cè)繪數(shù)據(jù)、基于各類地質(zhì)圖和基于多源數(shù)據(jù)等建模方法。基于地質(zhì)剖面的建模方法適用于復(fù)雜地質(zhì)體模型的構(gòu)建，該方法應(yīng)用廣泛，技術(shù)方法成熟，是現(xiàn)今主要采用的建模方法之一。運(yùn)用野外地質(zhì)圖等數(shù)據(jù)也可構(gòu)建淺地表三維地質(zhì)模型，包括將地質(zhì)圖切制剖面構(gòu)建三維地質(zhì)模型、根據(jù)野外地質(zhì)填圖路線PRB (Point-Routing-Boundary)數(shù)據(jù)繪制路線剖面后構(gòu)建三維地質(zhì)模型或運(yùn)用PRB數(shù)據(jù)直接構(gòu)建三維地質(zhì)模型等方法。

    三、 研究趨勢(shì)展望

　  綜上所述，水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)模擬是一項(xiàng)復(fù)雜而艱巨的任務(wù)，在過(guò)去的一段時(shí)間里，在模擬技術(shù)的各個(gè)方面均有顯著進(jìn)展，但目前還沒(méi)有形成系統(tǒng)的水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)模擬方法技術(shù)體系。目前各種水文地質(zhì)物探方法在難以區(qū)分的復(fù)雜巖性（如砂泥巖互層）和土壤類型的鑒別方面仍有一定天然不足。由于數(shù)據(jù)之間的融合難度大，數(shù)據(jù)格式統(tǒng)一方法沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)，工作流程還不夠清晰，目前沒(méi)有形成較為完整的多源數(shù)據(jù)融合的方法體系。對(duì)于水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)的隨機(jī)模擬，相關(guān)研究還比較少見(jiàn)。因此，當(dāng)前水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)模擬的技術(shù)趨勢(shì)是開(kāi)發(fā)具有多源數(shù)據(jù)融合功能和隨機(jī)模擬模塊，且具有水文地質(zhì)工程和科研等特定需求（如隧道涌水、灌漿工程、地下水資源、土壤和地下水污染防治等）的水文地質(zhì)建模系統(tǒng)。

 黃河勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司開(kāi)發(fā)的三維地質(zhì)建模軟件，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各類巖土工程中。水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)的精細(xì)化模擬技術(shù)將助力公司在數(shù)字工程勘察領(lǐng)域取得新的科技突破，為相關(guān)工程提供科技支撐。