一、研究背景及意義

     水文地質(zhì)工作者通過(guò)將復雜的多孔含水結構刻畫(huà)為相對簡(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(chēng)之為水文地質(zhì)結構模擬。水文地質(zhì)結構模型刻畫(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)結構模型是地下水流模型的基礎，水文地質(zhì)結構的精細化程度對地下水數值模擬至關(guān)重要。

     目前大多數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分區的賦值是定值。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)的水流運動(dòng)狀況。譬如，沉積情況較復雜的湖積環(huán)境以及裂隙、孔洞廣泛發(fā)育的巖溶地區等，即使經(jīng)過(guò)詳細的水文地質(zhì)調查，也很難將含水介質(zhì)進(jìn)行準確地分區。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)現水文地質(zhì)巖相隨機模擬并進(jìn)行不確定性分析，使得油藏地質(zhì)結構更加逼真和細致。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)結構的隨機模擬，相關(guān)研究還比較少見(jiàn)。

     水文地質(zhì)結構模擬是一項復雜的任務(wù)，需要地質(zhì)勘察、建模理論和軟件、多源數據融合、參數提取等幾個(gè)方面來(lái)入手這項工作，本文對以上幾個(gè)方面的國內外技術(shù)前沿進(jìn)行梳理和總結。

    二、最新研究進(jìn)展

　　1、水文地質(zhì)結構勘察方法和手段

　　鉆探法目前仍是最直觀(guān)和最具可信度的地質(zhì)勘探手段，但鉆探法通常會(huì )耗費大量人力、物力和財力。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)結構，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(shí)現了含水層的精細刻畫(huà)。

 2、水文地質(zhì)結構建模理論和軟件

　　由于水文地質(zhì)結構的不確定性，地質(zhì)工作者需要根據經(jīng)驗、地質(zhì)規律和有限的地質(zhì)信息預測未知區域的地質(zhì)屬性。無(wú)論是含水層的邊界、巖性還是地質(zhì)構造都需要借助一定的數學(xué)方法來(lái)預測和模擬。

　　同許多三維地質(zhì)建模的基本理論一樣，基于地質(zhì)統計學(xué)的各種克里金插值方法是解決水文地質(zhì)結構空間變異性的常用途徑。一般的地質(zhì)統計建模屬于確定性建模，另一種方法稱(chēng)之為隨機模擬。隨機模擬并不一定能在未知點(diǎn)取得完美的預測效果，但利用隨機數學(xué)建模再現目標屬性的概率分布，便于地質(zhì)工作者進(jìn)行空間變異分析，是隨機模擬的最大優(yōu)勢。

　　3、水文地質(zhì)結構建模的多源數據融合技術(shù)

　　對于水文地質(zhì)結構的勘察和建模，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，多源數據融合是提高模型準確性的必然趨勢。

　　三維地質(zhì)建模方法按建模數據源的類(lèi)型不同可以分為基于鉆孔、基于地質(zhì)剖面、基于地表測繪數據、基于各類(lèi)地質(zhì)圖和基于多源數據等建模方法?；诘刭|(zhì)剖面的建模方法適用于復雜地質(zhì)體模型的構建，該方法應用廣泛，技術(shù)方法成熟，是現今主要采用的建模方法之一。運用野外地質(zhì)圖等數據也可構建淺地表三維地質(zhì)模型，包括將地質(zhì)圖切制剖面構建三維地質(zhì)模型、根據野外地質(zhì)填圖路線(xiàn)PRB (Point-Routing-Boundary)數據繪制路線(xiàn)剖面后構建三維地質(zhì)模型或運用PRB數據直接構建三維地質(zhì)模型等方法。

    三、 研究趨勢展望

　  綜上所述，水文地質(zhì)結構模擬是一項復雜而艱巨的任務(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(zhù)進(jìn)展，但目前還沒(méi)有形成系統的水文地質(zhì)結構模擬方法技術(shù)體系。目前各種水文地質(zhì)物探方法在難以區分的復雜巖性（如砂泥巖互層）和土壤類(lèi)型的鑒別方面仍有一定天然不足。由于數據之間的融合難度大，數據格式統一方法沒(méi)有標準，工作流程還不夠清晰，目前沒(méi)有形成較為完整的多源數據融合的方法體系。對于水文地質(zhì)結構的隨機模擬，相關(guān)研究還比較少見(jiàn)。因此，當前水文地質(zhì)結構模擬的技術(shù)趨勢是開(kāi)發(fā)具有多源數據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。

 黃河勘測規劃設計研究院有限公司開(kāi)發(fā)的三維地質(zhì)建模軟件，已經(jīng)廣泛應用于各類(lèi)巖土工程中。水文地質(zhì)結構的精細化模擬技術(shù)將助力公司在數字工程勘察領(lǐng)域取得新的科技突破，為相關(guān)工程提供科技支撐。