一、研究背景及意義

     水文地質(zhì)工作者通過將復(fù)雜的多孔含水結(jié)構(gòu)刻畫為相對簡單又不失地質(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)的精細化程度對地下水?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。但在實際情況中，含水介質(zhì)在某一研究尺度上可能具有強烈的非均質(zhì)特征，確定性模型無法反映真實的水流運動狀況。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)過詳細的水文地質(zhì)調(diào)查，也很難將含水介質(zhì)進行準(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的地質(zhì)概率分布，并進行多次等概率模擬，從而實現(xiàn)水文地質(zhì)巖相隨機模擬并進行不確定性分析，使得油藏地質(zhì)結(jié)構(gòu)更加逼真和細致。但由于鉆孔資料的缺少以及研究尺度的不同，對于水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)的隨機模擬，相關(guān)研究還比較少見。

     水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)模擬是一項復(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)提取等幾個方面來入手這項工作，本文對以上幾個方面的國內(nèi)外技術(shù)前沿進行梳理和總結(jié)。

    二、最新研究進展

　　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，但鉆探法通常會耗費大量人力、物力和財力。因此，地質(zhì)工作者們通常會輔以地球物理勘探的手段進行水文地質(zhì)調(diào)查。目前常見的水文地質(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、三維電阻率層析和地震勘探等技術(shù)的聯(lián)用，實現(xiàn)了含水層的精細刻畫。

 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、地質(zhì)規(guī)律和有限的地質(zhì)信息預(yù)測未知區(qū)域的地質(zhì)屬性。無論是含水層的邊界、巖性還是地質(zhì)構(gòu)造都需要借助一定的數(shù)學(xué)方法來預(yù)測和模擬。

　　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)計建模屬于確定性建模，另一種方法稱之為隨機模擬。隨機模擬并不一定能在未知點取得完美的預(yù)測效果，但利用隨機數(shù)學(xué)建模再現(xiàn)目標(biāo)屬性的概率分布，便于地質(zhì)工作者進行空間變異分析，是隨機模擬的最大優(yōu)勢。

　　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。

　　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、 研究趨勢展望

　  綜上所述，水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)模擬是一項復(fù)雜而艱巨的任務(wù)，在過去的一段時間里，在模擬技術(shù)的各個方面均有顯著進展，但目前還沒有形成系統(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)一方法沒有標(biāo)準(zhǔn)，工作流程還不夠清晰，目前沒有形成較為完整的多源數(shù)據(jù)融合的方法體系。對于水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)的隨機模擬，相關(guān)研究還比較少見。因此，當(dāng)前水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)模擬的技術(shù)趨勢是開發(fā)具有多源數(shù)據(jù)融合功能和隨機模擬模塊，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)。

 黃河勘測規(guī)劃設(shè)計研究院有限公司開發(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。