一、研究背景及意义

     水文地质工作者通过将复杂的多孔含水结构刻画为相对简单又不失地质特性的模型，从而服务于地下水管理和研究，该过程称之为水文地质结构模拟。水文地质结构模型刻画的主要目的之一是反映含水介质的渗透性能。因此，水文地质结构模型是地下水流模型的基础，水文地质结构的精细化程度对地下水数值模拟至关重要。

     目前大多数地下水模拟方法是采用确定性模型，确定性模型的主要特征是参数分区的赋值是定值。但在实际情况中，含水介质在某一研究尺度上可能具有强烈的非均质特征，确定性模型无法反映真实的水流运动状况。譬如，沉积情况较复杂的湖积环境以及裂隙、孔洞广泛发育的岩溶地区等，即使经过详细的水文地质调查，也很难将含水介质进行准确地分区。在油气藏地质领域，研究者们利用有限的钻孔资料得到未知点的地质概率分布，并进行多次等概率模拟，从而实现水文地质岩相随机模拟并进行不确定性分析，使得油藏地质结构更加逼真和细致。但由于钻孔资料的缺少以及研究尺度的不同，对于水文地质结构的随机模拟，相关研究还比较少见。

     水文地质结构模拟是一项复杂的任务，需要地质勘察、建模理论和软件、多源数据融合、参数提取等几个方面来入手这项工作，本文对以上几个方面的国内外技术前沿进行梳理和总结。

    二、最新研究进展

　　1、水文地质结构勘察方法和手段

　　钻探法目前仍是最直观和最具可信度的地质勘探手段，但钻探法通常会耗费大量人力、物力和财力。因此，地质工作者们通常会辅以地球物理勘探的手段进行水文地质调查。目前常见的水文地质物探方法主要有电法勘探、磁法勘探、地震勘探和声纳法等，其中电磁法勘探广泛应用于水文地质勘察，电法和磁法勘探技术有许多分支，主要包括自然电位法、高密度电阻率法、激发极化法、大地电磁法、瞬变电磁法和磁共振技术等。近年来研究者们更倾向于使用综合物探方法确定水文地质结构，如大地电磁法（MT）与地面核磁共振方法（SNMR）、地质雷达、三维电阻率层析和地震勘探等技术的联用，实现了含水层的精细刻画。

 2、水文地质结构建模理论和软件

　　由于水文地质结构的不确定性，地质工作者需要根据经验、地质规律和有限的地质信息预测未知区域的地质属性。无论是含水层的边界、岩性还是地质构造都需要借助一定的数学方法来预测和模拟。

　　同许多三维地质建模的基本理论一样，基于地质统计学的各种克里金插值方法是解决水文地质结构空间变异性的常用途径。一般的地质统计建模属于确定性建模，另一种方法称之为随机模拟。随机模拟并不一定能在未知点取得完美的预测效果，但利用随机数学建模再现目标属性的概率分布，便于地质工作者进行空间变异分析，是随机模拟的最大优势。

　　3、水文地质结构建模的多源数据融合技术

　　对于水文地质结构的勘察和建模，勘察资料通常是广泛的，不限于钻孔、地质图和物探等手段，遥感、摄影测量、激光扫描、地质地貌图、水文地质剖面图等。因此，多源数据融合是提高模型准确性的必然趋势。

　　三维地质建模方法按建模数据源的类型不同可以分为基于钻孔、基于地质剖面、基于地表测绘数据、基于各类地质图和基于多源数据等建模方法。基于地质剖面的建模方法适用于复杂地质体模型的构建，该方法应用广泛，技术方法成熟，是现今主要采用的建模方法之一。运用野外地质图等数据也可构建浅地表三维地质模型，包括将地质图切制剖面构建三维地质模型、根据野外地质填图路线PRB (Point-Routing-Boundary)数据绘制路线剖面后构建三维地质模型或运用PRB数据直接构建三维地质模型等方法。

    三、 研究趋势展望

　  综上所述，水文地质结构模拟是一项复杂而艰巨的任务，在过去的一段时间里，在模拟技术的各个方面均有显著进展，但目前还没有形成系统的水文地质结构模拟方法技术体系。目前各种水文地质物探方法在难以区分的复杂岩性（如砂泥岩互层）和土壤类型的鉴别方面仍有一定天然不足。由于数据之间的融合难度大，数据格式统一方法没有标准，工作流程还不够清晰，目前没有形成较为完整的多源数据融合的方法体系。对于水文地质结构的随机模拟，相关研究还比较少见。因此，当前水文地质结构模拟的技术趋势是开发具有多源数据融合功能和随机模拟模块，且具有水文地质工程和科研等特定需求（如隧道涌水、灌浆工程、地下水资源、土壤和地下水污染防治等）的水文地质建模系统。

 黄河勘测规划设计研究院有限公司开发的三维地质建模软件，已经广泛应用于各类岩土工程中。水文地质结构的精细化模拟技术将助力公司在数字工程勘察领域取得新的科技突破，为相关工程提供科技支撑。