三维水文地质建模

随着地质探测技术的发展，人们对地球深层次地质结构构造的认识得到不断深化，计算机成图技术使得实现三维地质结构的表达成为可能，而全球能源资源短缺的严峻形势使得人们对地球深部地质找矿的需求越来越迫切，人类对地下空间的开发和利用也对地下结构的认识提出了更高要求．在这种形势下，“从传统走向现代、从单一走向综合，从二维走向三维”已经成为国内外基础地质调查工作的趋势。

21世纪以来，美国、法国、英国、加拿大及澳大利亚等西方发达国家从不同方面相继开展了一系列不同形式的三维地质调查工作，从目前的研究来看，可以概括为以下４个方面：（１）以现有平面地质图数据资料为基础，综合已有的地球物理和钻探等资料，依托类似的软件，通过构建系列剖面栅栏，实现一定深度的地质结构三维可视化．

在这方面代表性的是英国地质调查局于2009年实施2012年完成的覆盖全国的深度1.5～6.0KM的三维地质模型的构建．这方面的工作重点在于实现地质结构的三维可视化，其深部地质解释的可信度难以评估．

（２）试图通过实施系列地球物理或钻探的实际探测工作，实现一定深度区域三维地质结构的揭示．早在２０００年澳大利亚就开始实施玻璃地球计划（Ｇｌａｓｓ－Ｅａｒｔｈ），拟通过物探、钻探和计算机模拟技术的结合，实现澳大利亚大陆１ｋｍ内的地壳及其地质过程的“透明”化，增强发现巨型矿床的能力；法国地质研究与矿产局从２０１１年也开始实施拟建立旨在描绘地下数公里地质结构的法国地质参考平台． 

需要说明，这一方面的工作投入巨大，精度的要求没有统一规范，工作富有极大的探索性和挑战性，因此，这方面的进展国际上实际上也是举步维艰，如澳大利亚在２０００年实施的玻璃地球计划仅实施了３年便于２００３年就夭折终止．

（３）旨在重点揭示岩石圈尺度乃至整个地球圈层尺度结构的大型探测计划．如美国的地球透镜计划（ＥａｒｔｈＳｃｏｐｅ），欧州的欧洲深部探测计划（Ｅｕ－ｒｏＰｒｏｂｅ），加拿大的岩石圈探测计划（ＬｉｔｈｏＰｒｏｂｅ）．

这类计划重点在于揭示大尺度的地球深部结构和大陆演化，而无缝的三维地质模型的构建并非其主要目的．

（４）直接面向市场用户需求具有明确的现实意义的三维地质探测和建模．这类工作开展最为广泛，也是目前国际上三维地质调查工作的主体，如美国针对圣安德烈斯断层区的大比例尺三维地质模型系列图件，包括断裂随时间变形的三维复原再造．但这类工作没有系统性，缺乏国家层面上的规范统一．

我国三维地质填图工作刚刚起步．以小比例尺揭示岩石圈乃至更深地球层次结构与演化的三维地质探测采取以于２００８年启动的“深部探测技术与实验研究专项”计划（即ＳｉｎｏＰｒｏｂｅ计划）为代表（董树文等，２０１０），该计划的实施一方面大大促进了我国地球深部探测技术的发展，另一方面也使人门对中国大陆地壳和岩石圈乃至更深层次的地球深部的结构、构造及演化的认识达到了空前的高度．

在区域性或大比例尺的三维地质结构探测和建模方面，２１世纪以来，油田、矿山勘探以及工程部门以大量钻孔岩芯测井资料、地球物理资料或井巷开挖揭示资料等为基础对重点油气勘探区、矿体或工程体的三维地质结构建模和表达进行了很好的尝试，并取得良好的成果;中国地质调查局前期以ＭａｐＧｉｓ为软件平台，针对城市经济区的三维地质建模和可视化表达也进行了初步的尝试.

    三维地质调查的目标是揭示深部地质结构，而深部地质结构约束条件的好坏直接关系到三维地质调查的效果．本文重点讨论的是区域中大比例尺的三维地质调查方法与技术，即１∶２５０　０００及更大比例尺的区域三维地质调查．上述我国前期尝试的区域性或大比例尺的三维地质结构建模的共同特点是深部地质结构或深部目标地质体有大量的钻孔和（或）地球物理勘探资料的良好约束．

但是，对绝大多数基岩区特别是复杂造山带区域而言，露头信息丰富，但钻孔资料有限，地球物理勘探的资料也很匮乏，在这类地区进行基础性的三维地质调查、重新安排大量的钻探和地球物理勘探工作因高成本而不太现实，而成矿带往往与造山带关联，是未来深部地质找矿的主要区域．因此，如何在有限的深部地质资料基础上开展基岩区三维地质调查特别是按一定比例尺标准幅面的区域三维地质填图成为亟待解决的重要探索性难题．

在中国地质调查局的总体工作部署和支持下，从２０１２年开始，我们针对铜金多金属矿集区的西准噶尔克拉玛依后山地区开展了１∶２５０　０００比例尺的三维地质填图试点探索．通过３年的工作，我们提出针对造山带区域的“基于地表地质调查剖面网络基础上的地质－地球物理－钻孔联合约束的三维地质调查与建模方法技术体系”，即以地表地质调查为基础、以地质－地球物理－钻孔联合约束下的模型为指导、以地质体结构规律为延拓依据的三维地质填图方法．本文重点总结复杂造山带区域三维地质填图与建模的思路和方法技术体系，具体的深部地质结构的约束方法详见本专辑郁军建等（２０１５）另文专述．