矿产勘查走向深部调查已成为靠前大趋势。近100多年的勘查实践表明,勘查技术的每次进步都会带来一批新矿床的发现,并使勘探深度不断加大(Gordon, 2006)。在深部探测的基础上,开展三维地质建模可以了解一个地区的结构框架,助力深部成矿预测。2001年,澳大利亚政府率先启动“玻璃地球”(Glass Earth)计划,应用地质、地球物理勘探和三维可视化技术使大陆表层1000m以浅“像玻璃一样透明”,并通过计算机网络技术为地质工作者及社会公众提供地学信息分析及决策支持服务(Carr et al.,1999)。它主要用于描述地壳浅层地质结构、成分及其空间拓扑关系,釆集、管理和处理基础地质调查、矿产地质勘查、矿产资源开釆、地下水管理、矿权管理与生产安全监控、工程地质及灾害地质勘察等信息。加拿大和法国接着提出了类似的计划,把目标提高到地下3000m以浅(De Kemp,2000;Farquharson and Craven,2009;Glynn et al.,2011;Russell et al.,2011)。随后,其他欧美国家纷纷响应并制定了相应的规划,开展了关键技术研究(Carr et al.,1999;吴冲龙等,2012),其中深部勘探技术和三维地质建模技术得到长足发展(Houlding, 1994;Carr et al.,1999;Egan et al.,1999;Esterle and Carr,2003;武强、徐华,2004;Graymer et al.,2005;柯丹等,2005;潘懋等,2007;吴冲龙等,2011,2012)。近年来,三维地质建模已经成为矿体形态描述和深部成矿预测的常规手段,其中大地电磁测深、深反射地震技术等在三维地质建模中起到关键约束作用(Milkereit et al.,1992;Goleby et al.,2002; Malehmir et al.,2006,2007)。在资源与环境的双重压力下,让地球深部“透明化”已经成为越来越多国家关注的热点。
我国的三维地质调查与建模研究始于20世纪80年代,主要涉及地矿、石油、冶金、铁路等领域(魏世臧等,1983)。1985年以来,我国陆续在一些造山带、含油气盆地、多金属成矿带,如唐山、邢台、延庆-怀来盆地、东秦岭、燕山褶皱带等地开展了深地震反射探测,试图揭示区域深部结构(王椿镛等,1993,1994;张先康等,1996;高锐等,2002;张先康等,2002;杨宝俊等,2003;Yuan et al.,2003;朱日祥,2007;刘保金等,2009)。1998年,中国地震局实施了“长白山天池火山岩区岩浆系统、地壳结构的三维深地震测深研究”。2000年,中国科学院启动了“华北地区内部结构探测研究计划”。2001年,董树文等完成了横贯大别山前陆褶皱带的深地震反射剖面探测,近年来实施的横穿造山带内部的深反射地震剖面揭示了造山带内的地壳结构(董树文等,2005)。2008年开始,中国地质调查局先后启动了长江中下游综合地球物理调查的立体地质填图应用试验和华南岩体形态圈定与研究项目,初步尝试了利用物探和钻探开展三维地质填图的方法组合技术(祈光等,2012;Lü et al.,2013)。2009年,中国地质科学院岩石圈中心在华北地区开展了一条550km的深反射剖面,南起怀来盆地,北至内蒙古二连盆地,揭示了华北北缘与兴蒙造山带的深部结构。21世纪以来许多地矿与勘测部门在城市地质、工程地质、固体矿产及其可视化研究应用方面做了大量的尝试(陈昌彦等,1998;黄地龙等,2001;朱大培等,2001;钟登华等,2004),获得了一批数据并积累了一定的经验。2004年上海市启动了三维城市地质调查工作,建立了三维基岩地质、第四纪地质、工程地质和水文地质结构模型,开启了地质工作社会化服务的新篇章(魏子新,2010)。
根据建模数据来源可以将三维地质模型分为基于钻孔数据、基于地球物理测深数据、基于平面地质图和基于多源混合数据等类型(李超岭等,2008;潘懋等,2007;王功文等,2011;孙波、刘大安,2015;武强、徐华,2004)。由于受经济条件的制约,钻孔、勘探线剖面和物探资料等数据不易获取,数量有限,分布离散且不均匀(杨东来等,2007;邵毅等,2010;毛先成等,2011;徐峰,2014)。平面地质图成本相对低廉,容易获取且是能覆盖整个研究区的数据源,在一定程度上可缓解数据源带来的瓶颈(侯卫生等,2006,2007;李延栋等,2011)。因此,在其他地质数据匮乏的前提下,利用平面地质图构建区域三维地质模型是一种有效的解决方法(Ichoku et al.,1994)。它既可以从整体上了解研究区域的地质构造,又可为后续增加钻孔、剖面数据后进一步精化模型作准备(Kaufmann and Martin,2008)。已有许多学者对以平面地质图为主要数据源的三维地质建模方法进行了研究(胡进娟,2008;周良辰等,2013;徐峰,2014)。笔者认为,在未开展地球物理测深工作,钻孔、坑道资料不多的地区,可以开展这种地质图三维建模,或者称地质概念模型。