澳大利亞三維地質(zhì)填圖進展與實例

陳應(yīng)軍，嚴加永

(1.中鐵二局第二工程有限公司，四川成都 610091;2.中國地質(zhì)科學院礦產(chǎn)資源研究所，國土資源部成礦作用與資源評價重點實驗室，北京 100037;3.東華理工大學，核工程與地球物理學院，江西南昌 330013)

1 引言

近年來，礦集區(qū)層次的綜合地球物理探測和三維地質(zhì)填圖，在國際上已經(jīng)逐漸成為解決成礦學基礎(chǔ)地質(zhì)問題和深部找礦的主要手段。三維地質(zhì)填圖可將不同學科、不同尺度的數(shù)據(jù)，進行基于三維空間的分析與對比，將礦產(chǎn)勘查由傳統(tǒng)的二維定性解釋向三維定性與定量相結(jié)合方向轉(zhuǎn)變，深化理解地下地質(zhì)體和構(gòu)造之間的空間、成因和演化關(guān)系和成礦系統(tǒng)，結(jié)合流體模擬和對成礦過程的三維模擬和解釋，預(yù)測深部找礦靶區(qū)，提高深部找礦的效率。

澳大利亞聯(lián)邦科學與工業(yè)研究組織(簡稱CSIRO)開展了一項雄心勃勃的計劃，稱為“玻璃地球計劃”，希望通過三維可視化和地質(zhì)模擬等技術(shù)，使大陸表層一千米“像玻璃一樣透明”，目的是使澳大利亞大陸地表以下一千米內(nèi)所發(fā)生的深層過程變得透明，以便可以發(fā)現(xiàn)澳大利亞下一代巨型礦床，其實質(zhì)就是進行深部三維填圖。在該計劃中，重磁電震等地球物理方法在確定深部控礦構(gòu)造和圍巖分層，建立初始模型，并通過三維重磁模擬和多尺度分析來約束和修改初始模型，確定地質(zhì)界線、構(gòu)造和巖體分布等信息的過程中起到了重要作用(Graham，2002;嚴加永等，2008)。根據(jù)這項計劃，澳大利亞科學家已經(jīng)進行了許多在大陸板塊、陸塊、成礦帶、礦集區(qū)和礦田不同尺度的三維地質(zhì)填圖工作，并取得了良好的效果。

在我國，隨著地質(zhì)找礦工作的不斷發(fā)展和深入，許多成礦帶中易于開采的露天礦及埋藏較淺的礦床大部分都已查明，持續(xù)不斷的開采造成該地區(qū)各類型礦山的保有儲量急劇下降，一批大中型礦山陷入資源枯竭的危機之中，開展接替資源的找礦工作已經(jīng)迫在眉睫。拓展深部找礦空間，挖掘深部的資源潛力已經(jīng)成為實現(xiàn)我國資源可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略選擇。然而，深部找礦卻面臨巨大的挑戰(zhàn)。從技術(shù)層面上說，深部找礦勘查要求所采用的探測技術(shù)探測深度大、精度高、抗干擾能力強、能適應(yīng)復(fù)雜地形條件，目前任何一種單一的方法都難以滿足進行500 m以下的礦產(chǎn)勘查的需求(呂慶田等，2005)。在這種情況下，呂慶田等(2013)在銅陵獅子山礦田進行了三維地質(zhì)填圖工作，成功預(yù)測了西湖、焦沖、嚴沖、五貴橋、天馬山－章木山、觀音沖－朱村－團山7個深部成礦靶區(qū)。祁光等(2013)結(jié)合泥河礦區(qū)的物性研究，也成功對泥河進行了三維地質(zhì)填圖工作。

本文以澳大利亞三維填圖為例，從三維地質(zhì)填圖的概念出發(fā)，介紹了三維地質(zhì)填圖的工作流程和常用的工作平臺。結(jié)合澳大利亞三個三維地質(zhì)填圖實例，介紹了三維地質(zhì)填圖在成礦帶、油氣和水資源領(lǐng)域中的應(yīng)用和進展。通過對澳大利亞三維地質(zhì)填圖的綜合分析，提出了對我國開展三維地質(zhì)填圖工作的啟示和建議。

2 三維地質(zhì)填圖的概念

三維地質(zhì)填圖(Three－dimensional geological mapping)，又稱為立體地質(zhì)填圖，它是指在進行地面地質(zhì)填圖的同時，利用各種物探(如重力、磁法、電法、地震勘探等)、鉆探、遙感和地球化學等綜合探測技術(shù)，按照一定的精度獲取地表及地下相應(yīng)深度的地質(zhì)信息，并利用地球物理反演技術(shù)和三維可視化技術(shù)，揭示研究區(qū)地下一定深度(2～5km)的構(gòu)造、巖體、地層、斷裂的空間形態(tài)，制作區(qū)域三維空間地質(zhì)圖的方法。

2.1 三維地質(zhì)填圖要素

(1)確定研究區(qū)域;

(2)確定三維地質(zhì)填圖需要解決的問題;

(3)在(2)的基礎(chǔ)上，確定填圖精度;

(4)在滿足精度要求的基礎(chǔ)上，收集地質(zhì)資料、物探數(shù)據(jù)，并根據(jù)需要補充進行物探、化探等綜合探測;

(5)構(gòu)建三維地質(zhì)圖。

2.2 三維地質(zhì)填圖的目的和意義

通過創(chuàng)建一個包含所有地質(zhì)信息的虛擬三維空間，人們可以更加直觀地理解地質(zhì)體與構(gòu)造之間的空間關(guān)系、構(gòu)造成因和演化關(guān)系等，理解成礦系統(tǒng)，開展流體模擬，預(yù)測深部找礦靶區(qū)，并幫助研究人員理解區(qū)域3D結(jié)構(gòu)框架，檢驗過去的地質(zhì)模型或?qū)^(qū)域地質(zhì)的認識，可為地質(zhì)找礦、地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警提供深部地質(zhì)信息，保障國家地質(zhì)生態(tài)安全、促進地球科學發(fā)展提供強有力的支撐。

3 三維地質(zhì)填圖工作流程及軟件

3.1 三維地質(zhì)填圖流程

三維地質(zhì)圖的構(gòu)建需要整合各種數(shù)據(jù)，包括地質(zhì)資料(包括地質(zhì)圖、構(gòu)造地質(zhì)資料、地層層序資料等)、地球物理數(shù)據(jù)(地震資料、重磁數(shù)據(jù)、電磁探測數(shù)據(jù)等)和巖石物理數(shù)據(jù)(磁化率、密度)等，這就需要有一套合理高效的工作流程。雖然不同學者提出的流程的細節(jié)上各有不同，但基本上都包括以下三個方面:構(gòu)建初始模型、二維或三維的重磁反演模擬、三維顯示與地質(zhì)解釋(祁光，2013;呂慶田，2013)。流程圖見圖1。

圖1 三維地質(zhì)建模工作流程圖(據(jù)呂慶田等，2013)Fig.1 Diagram showing workflow of 3D geological modeling(after Lü et al.，2013)

3.1.1 資料收集和處理

所收集資料包括簡化地質(zhì)圖(其實是對地表巖性單元或地質(zhì)單元在合適的范圍內(nèi)簡化)、鉆孔數(shù)據(jù)、地層年代學數(shù)據(jù)，還要進行巖石物性測量、巖性與物性對應(yīng)關(guān)系分析(Kowalczyk et al.，2008)、重磁數(shù)據(jù)處理(如編輯、網(wǎng)格化、濾波和局部場分離等)和地震剖面解釋等。在地質(zhì)構(gòu)造、巖性變化復(fù)雜的地區(qū)，對巖性單元的適當簡化尤為重要，可以降低反演模擬的難度。在重磁反演中，深鉆孔提供的深部地層單元的邊界深度信息作為重要的約束，在反演中保持不變。區(qū)域場和局部異常分離出的局部異常將作為考量模型是否合理的依據(jù)。

3.1.2 二維地質(zhì)模型的構(gòu)建

確定的剖面間距，結(jié)合已有地質(zhì)、鉆孔資料的分析，依次推斷、繪制建模區(qū)域的相應(yīng)二維地質(zhì)剖面，這些二維地質(zhì)剖面應(yīng)由若干緊密關(guān)聯(lián)的模型體(也即地質(zhì)體)構(gòu)成，要求剖面大致反映對剖面區(qū)域的地層、構(gòu)造、巖體和礦體空間分布的認識。

在這一步的工作中，地質(zhì)學家對研究區(qū)域的地質(zhì)理解應(yīng)作為構(gòu)建模型的重要參考。

3.1.3 2.5D/3D 反演

反演主要包括2.5D和3D重磁反演模擬。先前構(gòu)建的二維地質(zhì)模型作為2.5D重磁模擬的初始模型。使用人機交互“試錯法”對2D剖面上的模型進行修改，直到獲得合理的地質(zhì)模型和滿意的數(shù)據(jù)擬合為止。模型體的物性和空間形態(tài)應(yīng)由物性數(shù)據(jù)和地質(zhì)合理性決定。

完成研究區(qū)所有2.5D剖面的重磁模擬之后，按照剖面的空間順序依次將2.5D模型拼合成3D模型進行計算，得出3D模型的理論異常，并與實際異常對比。擬合誤差較大的地方，應(yīng)返回到3D剖面進行修改，直到獲得滿意的結(jié)果為止。

在整個模擬過程中，物性與巖性的對應(yīng)關(guān)系保持不變。

3.1.4 三維可視化與地質(zhì)解釋

將三維模型輸出到3D可視化平臺(如Encom PATM)。通過對三維模型的解釋，可提取深部成礦信息，結(jié)合成礦模型開展深部成礦預(yù)測，還可作為儲量計算、礦山設(shè)計和預(yù)測深部或邊部礦體的參考。

3.2 三維地質(zhì)填圖常用軟件組合

目前還沒有任何一套軟件平臺可以同時完成所有的填圖(建模)工作，只能使用多套軟件進行填圖工作。

2D剖面模擬工具(地質(zhì)體在剖面上為多邊形):GM －SYS Profile(NGA);ModelVision(Encom)。

3D多面體離散建模工具:ModelVision(Encom);QuickMag(Encom)

界面建模(深度、厚度與物性)工具:

3D物性反演工具:UBC MAG3D and GRAV3D(Mira Geoscience)

3D巖性反演工具:VPmg(Fullagar Geophysics);3D GeoModeller(Intrepid Geophysics)

GM－SYS軟件是一種交互式、重磁協(xié)同地震的綜合解釋軟件，軟件包含的重磁數(shù)據(jù)2D剖面模擬功能，可模擬任意形狀的二維體，并賦予其各類物性參數(shù)(密度、感磁、剩磁和地震波速等)，其中的3D處理模塊，可進行重磁數(shù)據(jù)三維正反演模擬，可以建立由一個或多個三維層面的柵格圖定義的地質(zhì)構(gòu)造模型(王林飛等，2011)。

ModelVision是一款專業(yè)的重磁處理解釋軟件，適用于找礦、油氣勘探、工程和環(huán)境地球物理等行業(yè)。利用ModelVision可進行人機交互式2D剖面正演模擬，通過對已知的地質(zhì)地球物理和鉆孔資料的分析，依次推斷、繪制區(qū)域的所有2D地質(zhì)剖面，每條2D剖面可大致反映出對剖面穿過區(qū)域的地層、構(gòu)造、巖體和礦體空間分布狀況。ModelVision提供一個交互式界面，可進行重磁3D地質(zhì)反演①。

QuickMag是一款先進和高效的三維磁力地質(zhì)建模軟件②。

UBC MAG3D and GRAV3D是一款領(lǐng)先的重磁反演軟件，可進行重磁三維反演，在反演中，可加入先驗信息進行約束反演，從而提高反演精度③。

VPmg是一款重力，TMI，重力梯度和磁場梯度的建模和反演軟件，既可以進行地質(zhì)約束(如鉆孔、物性等約束條件)反演，也可進行無約束反演，VPmg 3D重力正向模擬和反演三維建模和標準重力數(shù)據(jù)反演。VPmg 3D用戶可以選擇反演任一重力(磁力、TMI)數(shù)據(jù)，或多個或單個重力(磁力、TMI)梯度張量的分量④。

GeoModeller是一款三維地質(zhì)建模軟件。包括地質(zhì)編輯模塊，鉆孔及網(wǎng)格/網(wǎng)格管理，地球物理正演和反演模塊等。GeoModeller可根據(jù)反演結(jié)果進一步細化模型⑤。

軟件的選擇需要綜合考慮價格、功能、兼容性和軟件的顯示功能等因素。

4 澳大利亞三維地質(zhì)填圖實例

4.1 Eastern Yilgarn Craton成礦帶3D填圖

Eastern Yilgarn Craton(EYC)是一個包括了眾多世界一流金礦和鎳礦的重要成礦帶。然而在EYC成礦帶內(nèi)部，各部分都存在各自不同成礦系統(tǒng)都有著不同的地球動力學過程，研究各個部分的地球動力學演化過程及成礦系統(tǒng)，意義十分重大。描繪EYC地區(qū)的構(gòu)造和巖性結(jié)構(gòu)的3D地質(zhì)圖是澳大利亞地球科學中心(GA)、西澳大利亞地質(zhì)調(diào)查中心(GSWA)和西澳大利亞大學(UWA)的一項合作項目的主要成果之一。此3D地質(zhì)圖是地質(zhì)和地球物理數(shù)據(jù)在三維上的處理和集成的成果的顯示(Blewett et al.，2006)。

4.1.1 構(gòu)建3D地質(zhì)圖

構(gòu)建EYC地區(qū)的三維地質(zhì)圖，需遵循由2D到2.5D，再到3D的過程來整合地下空間形態(tài)的原則。本研究使用了來自從澳大利亞聯(lián)邦政府、州政府，再到工業(yè)界和學術(shù)界人士的數(shù)據(jù)。值得注意的是，收集早期研究所采集的相關(guān)數(shù)據(jù)十分必要，因為在整合過程中再對后續(xù)重要數(shù)據(jù)進行重新評估雖然可以提高3D圖的質(zhì)量，但卻會延遲構(gòu)建3D圖的工作進度。工作流程:

根據(jù)前期收集的跨學科的數(shù)據(jù)資料，按照工作流程(如圖1)，進行構(gòu)建三維地質(zhì)圖的工作。地質(zhì)和地球物理相結(jié)合的方法在研究中已經(jīng)被證明是非常適合三維空間的。地下地層、巖體單元和斷層的及其幾何形態(tài)的解析方法(如圖2):

圖2 ModelVision 二維正演(據(jù)Blewett et al.，2006)Fig.2 ModelVision 2D forward modeling(after Blewett et al.，2006)

確定地層和巖石的關(guān)系;

整合來自各種資料的信息，確定地層、斷層要素等;

構(gòu)建一系列二維剖面(截面);

使用位場正演驗證二維剖面的合理性(使用Encom’s ModelVision軟件)，根據(jù)地質(zhì)資料調(diào)整二維剖面上的地層、斷層等等要素，使二維剖面與實際最為合理。這一個過程可能需要反復(fù)進行才能達到地質(zhì)資料、事實與地球物理數(shù)據(jù)符合最合理、最接近地下實際構(gòu)造的情況。

將前面所得模型輸入到三維軟件中，如Gocad等等，并進行調(diào)整、完善。在構(gòu)建三維地質(zhì)圖的過程中，二維剖面(截面)是約束三維曲面的基礎(chǔ)。

4.1.2 地質(zhì)與地球物理約束條件

包括斷層、鉆孔、地層接觸關(guān)系、2.5維位場正演模型、三維反演模型，反射地震資料等。

4.1.3 所得三維地質(zhì)模型及其意義

構(gòu)建EYC地區(qū)的3D地質(zhì)圖(如圖3)，突出了以下與找礦及科研相關(guān)的問題:

(1)模型構(gòu)建前，對地質(zhì)的良好認識是必不可少的;

(2)高品質(zhì)高分辨率的地球物理數(shù)據(jù)集是至關(guān)重要的;

(3)為所有不同方法不同來源的地質(zhì)與地球物理數(shù)據(jù)找到一致并且合理的地質(zhì)解釋;

(4)使用逆向建模的時候，需要一個良好的初始模型約束;

(5)在三維空間中對各種數(shù)據(jù)進行可視化、集成和分析十分重要;

(6)建模使用的2D和3D軟件包的數(shù)據(jù)格式應(yīng)能夠互相兼容，這可以節(jié)省大量工作;

(7)在三維空間中進行研究，可使成礦系統(tǒng)和成礦過程的研究更為直觀;

(8)三維建模技術(shù)可對成礦靶區(qū)優(yōu)選提供顯著支撐。

4.2 Capel and Faust盆地三維填圖與油氣遠景預(yù)測

4.2.1 研究概況

澳大利亞地球科學中心(Geoscience Australia)研究人員在澳大利亞東部近海的Capel and Faust basins完成了一項通過的三維地質(zhì)模型來預(yù)測油氣的工作(Higgins et al，2011)。由于缺少先驗信息和相關(guān)研究，對該地區(qū)前沿沉積盆地的解釋和分析存在較高的不確定性。因此，澳大利亞地球科學中心收集了2006～2007年間該地區(qū)相關(guān)研究數(shù)據(jù)，包括巖石樣本、高分辨率反射地震數(shù)據(jù)、位場數(shù)據(jù)和測深數(shù)據(jù)。

4.2.2 該區(qū)的三維建模與油氣勘探

對這些2D數(shù)據(jù)集成的分析，難以獲得令人滿意的地質(zhì)解釋，原因在于:

圖3 EYC三維模型(據(jù)Blewett et al，2006)Fig.3 Three-dimensional model of EYC(after Blewett et al.，2006)

地震測線間距較寬(15～40km);

缺乏盆地沉積物組成和年齡的直接證據(jù)(如深鉆孔);

廣泛存在的火山巖和侵入巖掩蓋了地震剖面的特征;

高度區(qū)域化的盆地結(jié)構(gòu)。

正是因為這些問題的存在，對這些數(shù)據(jù)進行有效的整合和分析十分必要。通過使用由GOCAD所提供的三維可視化和建模環(huán)境，各種有用數(shù)據(jù)被整合起來，通過處理和解釋來創(chuàng)建一個集成的三維地質(zhì)模型。這個模型可以使關(guān)鍵地質(zhì)和油氣遠景問題得到回答。在盆地尺度上進行三維地質(zhì)分析是澳大利亞近海研究的一個較新領(lǐng)域，通常，油氣勘探公司通過進行油氣成藏和流體建模來分析盆地勘探前景和規(guī)模。

4.2.3 構(gòu)建集成盆地三維模型

Capel and Faust盆地的三維地質(zhì)模型有兩部分組成:水平面和斷層面?；诙S地震解釋，在水平面上定義了沉積和侵蝕的問題⑥，七個關(guān)鍵的水平面被用來約束三維地質(zhì)模型，這些水平面約束了可能成為油氣來源、儲存和運移的主要沉積單位。斷層面主要指示構(gòu)造運動，也便于盆地可能產(chǎn)生的有機物的富集、運移和滲透。

地震數(shù)據(jù)是用于構(gòu)建模型的主要數(shù)據(jù)參考，但地震測線相對較寬的間距要求整合其他數(shù)據(jù)類型。因此，重力、磁法以及水下地形數(shù)據(jù)都在建模過程中進行了整合。重磁梯度數(shù)據(jù)、邊緣檢測、向上延拓的處理結(jié)果，顯示出了地下地形和區(qū)域結(jié)構(gòu)。這種最大程度上的整合已有信息和資料的工作方法，使得三維地質(zhì)模型得以構(gòu)建。

4.2.4 油氣遠景評估

在項目過程中對三維層面和斷層進行反復(fù)修改，最終得到的三維層位和斷層整合較好，得到較為完美的三維地質(zhì)模型(圖4)?？梢钥吹剑摰貐^(qū)有一系列被斷層切割的層面，斷層面的幾何形態(tài)也顯示了斷層隨隨即按的演變過程。

盆地內(nèi)的三維地質(zhì)和地質(zhì)演化模擬表明，盆地中部和西北部最大沉積區(qū)的沉積物厚度足夠生烴(Funnell et al.，2011;Hashimoto et al.，2011)。地震特征分析、區(qū)域構(gòu)造重建和模擬表明，潛在的烴源巖在斷裂前的沉積層、斷裂時形成的沉積物和斷裂形成的沉積物底層是連續(xù)的，儲層在斷裂上部連續(xù)，上斷裂后段存在區(qū)域性蓋層(Colwell et al.，2006;Hashimoto et al.，2011)。

圖4 Capel and Faust basin盆地的3D結(jié)構(gòu)和斷層(紅色)Fig.4 Three-dimensional basement structures and faults(red)of the Capel and Faust basins

三維建模也提高了研究區(qū)內(nèi)可能的油氣運移途徑和富集構(gòu)造的可視化程度。盆地模擬表明，最有生油潛力的烴源巖可能存在于該地區(qū)晚白堊紀，油氣生成和運移大部分發(fā)生在白堊紀和早新生代。三維地質(zhì)模擬還顯示，一些背斜構(gòu)造可能未被侵蝕，從而保留一些早期生成的有機物。

這些推斷還需要進一步的詳細調(diào)查。

4.3 Spring Hill地區(qū)三維填圖與地下水資源評價

應(yīng)用于水文地質(zhì)學研究的三維(3D)地質(zhì)填圖法得到了越來越廣泛的應(yīng)用，越來越多的用戶正在探討開發(fā)如何將礦物質(zhì)和烴類3D計算和可視化的方法應(yīng)用于地下水。世界各地的許多團體已經(jīng)從事地質(zhì)信息三維可視化開發(fā)多年(Turner，1991;Berg et al.，2009)。

4.3.1 研究背景

在過去十年中，澳大利亞南部大部分地區(qū)的降雨量有所下降，造成許多地區(qū)用水緊張，澳大利亞維多利亞州政府制定了地下水管理計劃。基于3D的水文地質(zhì)方法能否產(chǎn)生更強大的、可重復(fù)利用的以及可以使地下水資源更好管理的水文地質(zhì)結(jié)果，尤其是在用水緊張的時期更是如此，為更準確地確定總的水資源管理框架，迫切需要了解地表水與地下水之間的相互關(guān)系，并將3D地質(zhì)和水文地質(zhì)概念模型與數(shù)值模擬軟件包相綜合，提高預(yù)測能力，以應(yīng)對未來氣候變化的挑戰(zhàn)，成為了一個研究熱點。

4.3.2 研究區(qū)概況

Spring Hill地下水供水保護區(qū)(GSPA)面積為253km2，位于澳大利亞維多利亞州中部的Loddon河流域南端。該區(qū)由抬升和切割的古生代基巖地形構(gòu)成，被古河谷填充，上覆第三紀沉積物，或被厚的晚第三紀的玄武巖流層序和火山噴發(fā)點中斷。

研究區(qū)的地下水特性是不斷變化，地下水位下降最大的區(qū)域與地下水開采強度最大的區(qū)域相吻合。一些地區(qū)的地下水位在冬季后就會恢復(fù)到抽水前的水位，而一些地區(qū)呈現(xiàn)長期下降趨勢。

4.3.3 3D 地質(zhì)模型的構(gòu)建

本研究采用ArcGIS(ESRI)和GOCAD的套裝軟件，這是Paradigm地球物理勘探有限公司的軟件產(chǎn)品。GOCAD是專門為石油工業(yè)而開發(fā)的軟件，地質(zhì)學家可以根據(jù)各種可用的數(shù)據(jù)集構(gòu)建地下3D模型。

為構(gòu)建Spring Hill區(qū)的3D地質(zhì)模型，需要收集整理詳細的地表地質(zhì)GIS圖、鉆孔記錄、地表地形的數(shù)字高程模型以及地球物理數(shù)據(jù)，也需要對鉆孔記錄進行準確而詳細的核查，以進一步了解地層，然后在記錄中標出具體的、重要的界線。在構(gòu)建地下玄武巖結(jié)構(gòu)的3D模型時只用到了220個鉆孔數(shù)據(jù)。

同時，對異常表面進行校正，如果其他數(shù)據(jù)(如地表地質(zhì)學或地球物理學)顯示另一種解釋可能性更大，則需要對其進行修正。一旦構(gòu)建了地表地形、基巖古地形和任何中間層，就可以采用GOCAD建模工具來構(gòu)建各個元素(地質(zhì)單元或含水層)的體素模型(3D塊)。之后在GOCAD中計算這些單元的體積和截面積，在此基礎(chǔ)上計算地下水資源，也可用于實現(xiàn)可視化，例如，可以用不同的顏色表示地下水礦化度、地下水位或構(gòu)造特征。在GOCAD中，可以很容易地對基巖古河谷內(nèi)含水層的大小和形狀進行可視化，結(jié)果表明，主要含水層單元是火山噴發(fā)點(或火山渣錐)和玄武巖。

4.3.4 主要研究成果

根據(jù)研究區(qū)的3D地質(zhì)圖(圖5)，評價地下水資源，包括:

(1)根據(jù)估算的孔隙度，計算含水層的體積和該區(qū)最大可能的地下水量;

(2)根據(jù)露頭面積、降雨量和水位圖得出年補給量;

(3)通過玄武巖和深層砂礦含水層流出該區(qū)域的地下水流量;

圖5 Spring Hill區(qū)的3D地質(zhì)模型(據(jù) Gill et al，2011)Fig.5 Three-dimensional geological models of the Spring Hill area(after Gill et al.，2011)

(4)到達主要排水線過程中地下水的損失，即基流。

本研究中開發(fā)的方法主要用于提高地下水資源評價能力，減少含水層系統(tǒng)的物理尺寸和結(jié)構(gòu)形式的不確定性。此外，還可以提高將含水層系統(tǒng)進行概念化的能力，并確定其主要特征。三維地質(zhì)軟件，如GOCAD，能可靠且重復(fù)地計算含水層體積、截面積、含水層表面積、以及水位降低量。與傳統(tǒng)的地下水資源評價方法相比，可以實現(xiàn)含水層系統(tǒng)的可視化以及建立基于物理的簡單質(zhì)量平衡模型，進而使分析工作更加透明和公開。

盡管數(shù)據(jù)并不豐富，但3D地質(zhì)建模方法和質(zhì)量平衡模型可以很好地利用現(xiàn)有的數(shù)據(jù)，采用明確和可重復(fù)的方式，對研究區(qū)的地下水資源進行量化。采用模型中的一些參數(shù)，可以驗證重要假設(shè)是否合理，并保證結(jié)果可靠(Maimone，2004)。采用這一方法，生成了數(shù)字、3D地質(zhì)和水文地質(zhì)數(shù)據(jù)，可以存儲在公共數(shù)據(jù)庫內(nèi)，為將來的用戶和數(shù)據(jù)更新所用。

5 澳大利亞三維地質(zhì)對我國的啟示

隨著經(jīng)濟的高速發(fā)展，對各種能源和礦產(chǎn)的需求飛速上升，環(huán)境也在急劇的惡化當中。開展深部探測，尤其是石油產(chǎn)區(qū)和大型礦集區(qū)的三維地質(zhì)填圖也成為了解決我國面臨的重大資源和環(huán)境問題的迫切需求。除了推進深部找礦外，三維地質(zhì)填圖在重大地質(zhì)災(zāi)害區(qū)進行地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測和水資源勘查方面，也將起到十分重要的作用，對可持續(xù)發(fā)展、維護國家安全和穩(wěn)定，具有特別重要的科學意義和現(xiàn)實意義。三維地質(zhì)填圖是我國當今社會發(fā)展的需要，更是地質(zhì)調(diào)查工作的一次重大創(chuàng)新。對我國三維地質(zhì)填圖工作提出幾點建議:

(1)在三維地質(zhì)填圖試點工作的基礎(chǔ)上，編制三維地質(zhì)填圖技術(shù)標準和規(guī)范，指導(dǎo)進一步開展可以滿足不同需求、適合不同地質(zhì)背景、不同比例尺的三維地質(zhì)填圖研究工作;

(2)加強遙感、深部地球物理探測、大陸科學鉆探、地球物理反演及三維可視化技術(shù)等現(xiàn)代信息采集和處理技術(shù)的研究，在三維地質(zhì)填圖工作中，應(yīng)用高精度、高分辨率的地球物理探測技術(shù)，提高探測精度，從而提高地質(zhì)填圖水平;

(3)加強三維可視化表達軟件系統(tǒng)的開發(fā)和研究;

(4)不僅要在石油產(chǎn)區(qū)和大型礦集區(qū)開展三維地質(zhì)填圖，同時，應(yīng)在我國主要經(jīng)濟區(qū)、重大工程建設(shè)區(qū)、重大地質(zhì)災(zāi)害高發(fā)區(qū)進行三維地質(zhì)填圖，查明地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)和工程地質(zhì)條件，為經(jīng)濟區(qū)規(guī)劃建設(shè)、地質(zhì)災(zāi)害預(yù)防和治理提供基礎(chǔ)資料。

(5)建立不同層次的深部綜合地質(zhì)信息管理與服務(wù)系統(tǒng)，加強不同層次的三維地質(zhì)填圖信息管理，提高成果的應(yīng)用和社會化服務(wù)水平。

［注釋］

① pbEncom.Modelvision［ED］.［2014 －4 － 30］.http://www.pbencom.com/products/Geophysics/encom －modelvision.shtml

② pbEncom.QuickMag［ED］.［2014 － 4 － 30］.http://www.pbencom.com/products/Geophysics/encom-quickmag.shtml

③ pbEncom.UBCInversion［ED］.［2014 －4 －30］.http://www.pbencom.com/products/Geophysics/UBC-inversion.shtml

④ Mira Geoscience.Fullagar Geophysics VPmg/VPem1D［ED］.［2014－4 － 30］.http://www.mirageoscience.com/our-products/software-product/fullagar-geophysics-vpmg-vpem1d

⑤ Intrepid-geophysics.GeoModeller［ED］.［2014 －4 －30］.http://www.intrepid-geophysics.com/ig/index.php?page=geomodeller

⑥ Colwell，J.B.，Hashimoto，T.，Rollet，N.，Higgins，K.，Bernardel，G.and McGiveron，S.，2010.Interpretation of Seismic Data，Capel and Faust Basins，Australia’s Remote Offshore Eastern Frontier.Geoscience Australia Record 2010/06，58pp.

Berg RC，Russel HAJ.2009.Thorleifson LH.Introduction:Three dimensional geologic mapping—An international perspective［C］.Three dimensional Geologic Mapping Workshop GSA Portland Oregon.2010/06，58

Blewett R S，Hitchman A P.2006.3D Geological Models of the Eastern Yilgarn Craton，Project Y2，F(xiàn)inal Report［R］.Geoscience Australia Record 2006:272

Colwell J.，F(xiàn)oucher J.-P.，Logan G.，Balut，Y.2006.Partie 2，Programme AUSFAIR(Australia-Aairway basin bathymetry and sampling survey)Cruise Report［C］.344

Funnell R.，Stagpoole V.2011.Petroleum systems models for Capel and Faust basins，eastern offshore Australia［A］.GNS Science Report prepared for Geoscience Australia［C］.298

Gill B，Cherry D，Adelana M.2011.Using three-dimensional geological mapping methods to inform sustainable groundwater development in a volcanic landscape，Victoria，Australia［J］.Hydrogeology Journal，19(7):1349－1365

Graham Carr.2002.Glass earth-the geochemical front of penet rateovercast layer［J］.Land and Resources Inf ormat ion，.12:46 － 50

Hashimoto，T.，Higgins，K.L.，Rollet，N.，Stagpoole，V.，Petkovic，P.，Colwell，J.B.，Hackney，R.，Logan，G.A.，F(xiàn)unnell，R.，Bernardel，G.，2011.Geology and prospectivity of the Capel and Faust basins in the deepwater Tasman Sea region［A］.APPEA Journal and Conference Proceedings［C］，51，Extended Abstracts.

Hashimoto，T.，Rollet，N.，Earl，K.，Bernardel，G.，2008.Capel and Faust basins—new information from the offshore frontier between Australia，New Zealand and New Caledonia.［A］New Zealand Petroleum Conference Proceedings，Crown Minerals，Ministry of Economic Development［C］，Wellington.

Higgins K.L.，Hashimoto T.，Hackney R.，Petkovic P.，Milligan，P.，2011.3D Geological Modelling and Petroleum Prospectivity Assessment in Offshore Frontier Basins using GOCAD:Capel and Faust Basins，Lord Howe Rise［J］.Geoscience Australia Record，(01):98－107

Kowalczyk P.D.，Oldenburg N.Phillips，T.H.Nguyen，V.Thomson.2010.Acquisition and analysis of the 2007－2009 geoscience BC airborne data.In:Lane RJ(ed.).Expanded Abstracts of ASEG －PESA Airborne Gravity Workshop.ASEG －PESA Airborne Gravity Workshop，Canberra.Canberra:Geoscience Australia，115－124

Lü Qing-tian ，Shi Da-nian，Zhao Jin-hua，Yan Jia-yong，Xu Ming-cai.2005.Seismic method f or deep mineral exploration:problems and prospects-A case study of the Tongling ore district［J］.Geological Bulletin of China，24(3):211－218(in Chinese with English abstract)

Lü Qing-tian，Shi Da-nian，Tang Jing-tian，WU Ming-an，Chang Yin-fo，SinoProbe－03－CJ Team.2011.Probing on deep structure of middle and lower reaches of the yangtze metallogenic belt and typical ore concentration area:A review of annual progress of SinoProbe－03［J］.Acta Geoscientica Sinica，32(3):257 － 268(in Chinese with English abstract)

Lü Qing-tian，Chang Yin-fo，SinoProbe － 03 － CJ Team.2011.Crustal Structure and Three-dimensional Deep Exploration Technology for Mineral Resources:An Introduction to SinoProbe［J］.Acta Geoscientica Sinica，32(Supp.1):49 － 64(in Chinese with English abstract)

Lü，Qing-tian，Guang Qi，Jiayong Yan.2012."3D geologic model of Shizishan ore field constrained by gravity and magnetic interactive modeling:A case history［J］.Geophysics，78(1):B25 － B35

Maimone M.Defining and managing sustainable yield［J］.Ground Water 2004.42(6):809 －814

Qi Guang，Lü Qing-tian，Yan Jia-yong，Wu Min-an，Liu Yan.2012.Geologic constrained 3D Gravity and magnetic modeling of Nihe deposit—A case study［J］.Chinese Journal of Geophysics，55(12):4194－4206(in Chinese with English abstract)

Turner AK［Editor］.1991.Three-dimensional modelling with geoscientific information systems，NATO ASI series C:mathematical and physical sciences［M］，vol 354，Kluwer，Dordrecht，The Netherlands，443

Yan Jia-yong，Teng Ji-wen，Lü Qing-tian.2008.Geophysical exploration and application of deep metallic ore resources［J］.Progress in Geophysics，23(3):871 －891(in Chinese with English abstract)

［附中文參考文獻］

呂慶田，史大年，趙金花，嚴加永，徐明才.2005.深部礦產(chǎn)勘查的地震學方法:問題與前景)銅陵礦集區(qū)的應(yīng)用實例［J］，地質(zhì)通報，24(3):211－218

呂慶田，史大年，湯井田，吳明安，常印佛，SinoProbe－03－CJ項目組.2011.長江中下游成礦帶及典型礦集區(qū)深部結(jié)構(gòu)探測——SinoProbe－03年度進展綜述［J］.地球?qū)W報，03:257－268

呂慶田，常印佛，SinoProbe－3項目組.2011.地殼結(jié)構(gòu)與深部礦產(chǎn)資源立體探測技術(shù)實驗——SinoProbe－03項目介紹［J］:地球?qū)W報，32(Supp.1):49 －64

祁 光，呂慶田，嚴加永，吳明安，劉 彥.2012.先驗地質(zhì)信息約束下的三維重磁反演建模研究——以安徽泥河鐵礦為例［J］.地球物理學報，12:4194－4206

王林飛，熊盛青，何 輝.2012.非地震地球物理軟件發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢［J］.物探與化探，35(6):837－844

嚴加永，滕吉文，呂慶田.2008.深部金屬礦產(chǎn)資源地球物理勘查與應(yīng)用［J］.地球物理學進展，23(3):871－891