通过机载电磁与钻孔数据融合技术，结合普通区间克里金法及地质约束条件，对多岩相冲积层进行特征分析

《Journal of Hydrology》：Multi-lithofacies alluvial characterization via airborne electromagnetic-borehole fusion using ordinary interval kriging and geologic constraints

AEM调查结合三维克里金插值和地质约束方法有效揭示了密西西比河冲积含水层（MRVA）的多岩相结构，解决了传统二维建模的平滑效应和各向异性问题，为可持续地下水管理提供技术支持。

　　本研究聚焦于利用空中电磁（AEM）勘测数据与地质钻孔数据的融合，来提升对冲积含水层中多种岩相特征的识别能力。AEM勘测因其能够在地表附近提供高空间覆盖率和详细分辨率，成为构建水文地质模型的重要工具。然而，AEM电阻率数据的解读并非一蹴而就，因为它本质上是一种间接测量，需要结合地质背景和岩相特征进行推断。因此，研究团队提出了一种基于普通区间克里金法（OIK）的算法，以及一种将电阻率数据转化为多岩相模型的R2ML数据融合流程，以更精确地刻画含水层的三维结构。

AEM勘测数据的处理通常涉及将一维的电阻率模型进行插值，从而构建三维的电阻率场。然而，传统插值方法如普通克里金法（OK）在处理这类数据时，容易产生平滑效应，导致电阻率对比度减弱，进而影响对地下结构的准确识别。为了解决这一问题，OIK算法被引入，它能够有效处理不规则区间数据，并在垂直方向上支持更精细的地质结构分析。OIK不仅考虑了三维各向异性，还能在插值过程中减少平滑效应，从而保留电阻率的对比度，提高地下结构的识别精度。此外，该方法在计算效率方面也有显著优势，使得大规模数据处理成为可能。

R2ML数据融合流程则是在OIK算法的基础上，进一步引入地质钻孔数据、地质图和土壤图等多源信息，从而构建更符合实际地质条件的多岩相模型。该流程能够将AEM电阻率数据与地质约束条件相结合，使模型在空间尺度上更加细致，同时确保不同岩相之间的地质过渡关系被准确反映。在实际应用中，该方法被用于美国密西西比州Shellmound地区密西西比河谷冲积含水层（MRVA）的岩相特征分析。MRVA作为美国最重要的地下水开采含水层之一，其地下水储量对于农业生产和粮食安全至关重要。然而，由于长期的地下水开采，该含水层的水位持续下降，形成了显著的地下水漏斗区。因此，精确识别MRVA的岩相结构，对于制定可持续的地下水管理策略具有重要意义。

通过R2ML流程，研究团队成功地将AEM电阻率数据与地质钻孔信息相结合，构建了一个包含四种主要岩相（黏土、极细砂、细至中砂、含砾砂）的三维地质模型。该模型不仅展示了MRVA的沉积过程，还揭示了潜在的地下水补给区域。这种多岩相模型能够更全面地反映含水层的水文地质特征，从而为水资源管理和环境保护提供科学依据。此外，该模型还支持对地下水流动路径和储水能力的定量评估，有助于优化地下水补给计划（MAR）的实施。

研究团队通过四个数值案例对不同克里金方法的平滑效应进行了系统评估。这些案例涉及不同地质构造和沉积特征，例如非均匀层厚和波浪状沉积界面。结果表明，OIK在保持电阻率对比度和减少平滑效应方面优于传统的点支持克里金法（OK）和二维/三维克里金法。这一发现验证了OIK在处理AEM数据时的有效性，同时也强调了其在构建高精度地下结构模型中的重要性。

在实际应用中，R2ML流程被用于Shellmound地区的MRVA研究。该地区位于密西西比河谷冲积含水层的边缘，具有复杂的沉积结构和多样的岩相分布。通过将AEM电阻率数据与地质钻孔信息进行融合，研究团队成功地识别了多个关键岩相单元，包括全新世河湾沉积、埋藏河道、埋藏砂质洪泛平原以及更新世辫状河沉积和含砾基底。这些岩相的分布特征不仅有助于理解MRVA的形成过程，还为地下水管理和水资源保护提供了重要线索。

研究还指出，AEM数据的广泛应用为地下水研究带来了新的机遇。然而，其间接性也带来了挑战，特别是在处理复杂地质结构时，需要结合其他地质数据进行综合分析。R2ML流程的引入，使得AEM数据能够与地质钻孔数据和地质图进行有效融合，从而构建出更精确的多岩相模型。这种数据融合方法不仅提高了模型的可靠性，还增强了对地下结构的可视化能力，为地质学家和水文工程师提供了更直观的工具。

此外，研究团队还探讨了AEM数据在不同环境中的应用潜力。例如，在干旱和半干旱地区，AEM数据能够帮助识别地下水饱和的裂隙网络，从而为水资源勘探提供指导。在澳大利亚的某些地区，AEM电阻率数据被用于构建高分辨率的古谷地地图，为地下水资源的评估和管理提供了重要支持。在印度卡纳塔克邦，AEM与钻孔数据的结合被用于识别地下水来源，特别是在水资源匮乏的地区，这种方法具有显著的应用价值。

总体而言，本研究提出了一种新的三维地质插值方法——OIK，并开发了一种数据融合流程——R2ML，用于构建多岩相模型。这两种方法的结合，不仅提升了AEM数据的解读能力，还为水文地质建模和地下水管理提供了更精确的工具。通过实际案例的验证，研究团队证明了这些方法在复杂地质环境中的有效性，并强调了其在支持可持续水资源管理方面的潜力。未来，随着AEM技术的不断发展和数据融合方法的进一步完善，这些方法有望在更广泛的水文地质研究中发挥重要作用。