目前，中国1:5万区域地质填图主要以地质找矿为目的，基本集中在基岩裸露区(图 1)，形成了一套完整的基岩区地质填图技术标准规范(自然资源部中国地质调查局，2019)。但是，随地质基岩出露区找矿难度越来越大，成矿带覆盖区已成为找矿突破的关键(邓震等，2019)，同时新时代国家对地质工作服务生态文明建设和社会经济高质量发展的迫切需求(贾磊等，2022)，对地质填图工作提出了现代化、高精度、多目标等更高要求，需要区域地质调查工作从基岩区向蕴含丰富能源资源和人类主要活动的盆山结合带和盆地等覆盖区进行延伸(王国灿等，2016；陈超等，2021)。

图 1

图 1 中国不同类型覆盖区分布范围及研究区位置(据王东明等，2021修改) Fig.1 Distribution of different of coverage areas in China and study area (中国地图引自中国主要河流、湖泊图(审图号: GS(2019)4345号), 据自然资源部标准地图服务系统(http://dzdt.ch.mnr.gov.cn))

21世纪以来，英国、法国、澳大利亚、美国等国家开展了覆盖区地质调查研究工作，取得了较好的成效(陈超等，2021)，经历了从能源资源勘探、深部地质结构调查研究到服务人类宜居环境的发展历程，但国外以物探资料收集研究为主，仅少量的针对性物探调查，尚未建立系统的覆盖区地质填图技术方法体系^①。在国内，覆盖区地质调查主要应用于矿产能源勘查，一些学者利用地球化学或地球物理手段探索了覆盖区地质构造界线识别的技术方法(刘建华等，2003；刘菁华等，2003；冉志杰等，2005；郝立波等，2007；曾凯等，2013；陈浩辉等，2014；刘嵘等，2016；史冬岩等，2021)，积累了重要经验。但覆盖区地质填图需采用地质、物探、化探、遥感、钻探等多种技术手段，经费投入比传统地质填图高，针对性和系统性较强，一直是地质调查工作的难点。

2015年，中国地质调查局为了探索中国不同的地质地貌区填图技术方法，设立了“特殊地区地质填图工程”，重点是针对7类覆盖区，开展了一批填图试点工作，形成了系列重要成果(刘晓彤，2016；王国灿等，2016；2018；胡健民等，2017；2019；辜平阳等，2018；李朝柱等，2020；田世攀等，2021；卜建军等，2021；王东明等，2021；陈虹等，2022)。其中，在中国不同覆盖区类型中，戈壁荒漠覆盖区分布最广(申元村等，2016)(图 1)，主要位于中国北方地区盆地和盆山结合带(王国灿等，2018)。近几年，王国灿(2016；2018)和陈超等(2021)以巴里坤断陷盆地为例，开展了以深覆盖为主的戈壁荒漠覆盖区基岩填图试点，邓震等(2019)和孟贵祥等(2022)在东准噶尔成矿带探索了覆盖区地质找矿的填图技术方法，取得了重要进展。但是，戈壁荒漠覆盖区地质填图技术方法组合因覆盖层深度、调查目标不同差异较大(王国灿等，2018)，其中浅覆盖区作为中国北方中小城市和大城市边缘干旱区找水、隐伏区找矿，以及研究盆地基底性质、盆地构造关系、盆山耦合演化等地质资源能源环境问题的关键地区，一直缺乏针对性的填图技术方法和有效经验。

2017—2019年，中国地质调查局“特殊地区地质填图”工程部署了旨在探索戈壁荒漠浅覆盖区地质填图技术方法的“东天山喀拉塔格—雅满苏一带戈壁荒漠浅覆盖区地质填图”二级项目。调查区位于觉罗塔格山与吐哈盆地过渡区域的东天山哈密地区，属于典型的戈壁荒漠区(图 2)，区内普遍被中新生代地层覆盖(图 2-b、c)，以浅覆盖为主，成矿条件优越(李锦轶等，2006；Han et al.，2010；王登红等，2016；丁建华等，2016；刘彬等，2016；龙灵利等，2017)。本文基于地质、物探、化探、遥感、钻探等综合手段，以东天山哈密地区为例，系统探索1:5万戈壁荒漠浅覆盖区区域地质填图技术方法，特别是针对不同覆盖深度、不同覆盖层结构和不同地质目标的物探技术方法组合，创新图面表达方式，建立三维地质建模方法，揭示覆盖区成矿地质背景条件，发展完善戈壁沙漠覆盖区区域地质填图技术方法体系，为戈壁荒漠覆盖区1:5万区域地质填图的全面开展提供示范。

图 2

图 2 东天山哈密地区戈壁荒漠区地质地貌特征 Fig.2 Geological and geomorphological characteristics of the Gobi desert in Hami area, East Tianshan a—地表基岩露头地貌特征；b—中生代地层风化剥蚀地貌特征；c—第四系冲洪积物地貌特征

戈壁荒漠区指在干旱或极端干旱区受长期、强烈的风蚀或物理风化作用的地区，广泛分布于地势开阔地带，主要分布于东亚内陆地区，在中国主要位于贺兰山以西，昆仑山、阿尔金山和祁连山以北(陈超等，2021)。覆盖区一般指第四纪堆积物连续分布且覆盖面积占图幅面积50%以上的地区，而戈壁荒漠区的覆盖层主要指中新生代地层，通常将覆盖层厚度小于200 m地区的称为浅覆盖区，大于200 m的称为深覆盖区。浅覆盖区包括小于3 m的超浅覆盖区和3~200 m的浅覆盖区。超浅覆盖区主要分布于森林、草场、山麓堆积、沙漠边缘风沙覆盖等地区；浅覆盖区主要分布于盆地边缘、山涧盆地、河网汇聚地等地区，普遍位于中、小城市地区及大城市边缘；深覆盖区包括200~500 m的深覆盖区和大于500 m的超深覆盖区，主要分布在盆地中心、黄土高原、沙漠和三角洲地区，多位于大至超大城市地区。

根据中国北方地区地质演化特征，洋陆转换作用结束于晚古生代末，中新生代表现为系列断陷盆地的发育过程(刘训，2004)，由于中新生代盆地演化并不均衡，导致戈壁荒漠区前中生代地质体之上的覆盖层组合形式多样，划分为3种类型覆盖层结构(王国灿等，2018)：①单层覆盖，前中生代地质体直接被第四系覆盖，往往出现于盆山边部；②双层覆盖，前中生代地质体之上被古近系—新近系及第四系双层覆盖，出现于断陷较晚发育的盆地；③三层覆盖，前中生代地质体之上发育中生界、古近系—新近系和第四系。

覆盖区地质填图的基本目标有3个方面：①查明地表地质信息，是通过“已知”推测“未知”的前提，为覆盖区基岩和覆盖层结构推测提供依据，是覆盖区地质填图的首要任务；②查明覆盖层三维结构，中新生代地层与油、气、煤、铀矿、盐等非金属成矿关系密切，古近系—新近系和第四系结构与地下水的赋存与运移有关，是覆盖区地质填图的重要方面；③查明下伏基岩地质结构，中国戈壁荒漠覆盖区往往与造山带系统关系密切，其覆盖层下伏的基岩地质状况直接关系到深部地质找矿，而且浅覆盖区通常处于盆山过渡带，是研究盆地基底性质、盆山构造关系等重要基础地质问题的关键位置，是覆盖区地质填图的核心任务。通过以上3个方面的调查，利用三维地质建模技术，可实现戈壁荒漠覆盖区的三维地质填图。

地表地质填图应贯彻“构造-岩性”实体填图的理念，详细查明基岩区和覆盖区地表地质实体的岩性、物性、分布、结构构造及其属性，是推测覆盖层和下伏基岩地质结构的关键和前提。

戈壁荒漠覆盖区地表基岩出露面积较少，信息量少，一般采取2种措施：一是加大基岩出露区地质路线调查的精度，对岩石地层、填图单位、接触关系、构造界面进行精细调查，局部比例尺可提高至1:2.5万；二是对外围相邻基岩露头进行路线调查或剖面测制，查明区域地质填图单位、展布规律、接触关系及构造特征，特别是典型矿床、重要矿点的赋矿围岩、成矿特征及其规律，为测区覆盖层地质找矿提供方向和依据。

在戈壁荒漠区地表基岩地质调查过程中，遥感数据建议选用高分辨率数据Worldview-2和多光谱数据Landsat-8(OLI)，进行数据融合，可提高岩性和构造的识别能力(康磊等，2021)。相比传统的野外地质调查，应更注重精细化地质实体填图，建议以自然层(岩石类型或岩石组合)为基本填图单元，不同自然层组成岩性段，岩性段构成地层岩群或岩组的填图单元组合方式，查明各填图单元和调查区各区域的岩石类型或岩性组合及其构造形态。通过地表基岩地质填图，查明调查区及邻区地层、岩石、构造的空间分布和结构关系，精细填绘1:5万地表基岩地质图，同时建立完整的基岩填图单元体系，为覆盖层及其下伏的基岩地质结构推测提供重要依据。

戈壁荒漠覆盖区地表主要出露中新生代地层，遵循地层地质调查方法，同时地层产状一般较平缓，延伸稳定，填图单位相对简单。首先，采用ETM或OLI、Aster等多光谱遥感数据，进行遥感影像解译和DEM地形分析，了解填图区地貌特征、地层单位、地层分布、构造样式等信息，增强调查的预见性和针对性，再在此基础上进行工作部署。其中，路线地质调查以穿越主要地质、地貌单元界线为目的，开展验证性调查，查明覆盖区地貌形态(如扇体、沟谷、垄岗、阶地、台地等)、沉积学标志(岩性、结构、构造和厚度，基本层序及特殊岩性夹层，生物化石)、环境标志(物理、化学、生物环境标志)，以及不同填图单位之间的接触构造关系等。特别是，注意对覆盖区零星基岩露头进行全面排查，尤其冲沟、干沟等低洼处，可为覆盖区基岩推测起到事半功倍的效果。在剖面测制方面，原则上每个中新生代地层单位都应有实测剖面控制，选择出露厚度大、层序齐全、露头好的剖面，根据地层空间展布情况，必要时在邻区选择典型剖面测制，掌握各地层填图单位的岩石层序、厚度及其沉积环境。另外，还应注重覆盖层中节理、断层、断裂的调查，查明其产状、规模、断距、性质及其与地层、构造的交切关系，推测其可能的形成时代。

基于以上工作，查明覆盖区地貌特征和覆盖层的岩石、构造的空间分布和结构关系，精细填绘1:5万地貌-地质图，建立系统完整的覆盖层填图单元体系和构造格架，为深部覆盖层地质结构推测提供依据。

因所有的地球物理方法都是以物性为基础的，通过物性测量建立物性标准是利用地球物理信息推测覆盖区深部地质结构的主要依据。在地质路线调查、剖面测制和钻探岩心中应对各填图单元岩石标本进行系统采集，利用现代高精度测试设备，在室内测试其物性数据，统计分析各地质体的物性参数标准。本次对物性标本密度、磁化率、电阻率等进行了测量，首先统计分析不同岩石类型物性特征(图 3)，根据不同填图单元中岩石类型和地质体组成比例，计算各填图单元的物性标准(图 4)。通过对钻孔岩心或测井、孔旁测深等隐伏地质体的物性数据统计，分析不同深度、地段的地质体物性变化规律，进一步优化对物探异常的地质体推断。

图 3

图 3 哈密地区红丘陵图幅主要岩石类型物性参数对比图 Fig.3 Physical parameters of main rock types in the Hongqiuling sheet in Hami area

图 4

图 4 哈密地区红丘陵图幅主要地层填图单元物性参数标准对比图 Fig.4 Physical property parameters of main stratigraphic mapping units in the Hongqiuling sheet in Hami area

各填图单元物性统计结果显示，古生代、中生代、新生代岩石地层的密度和电阻率差异均较明显(图 4)，中生代、新生代岩石地层磁化率差异较小，但大多低于古生代地层(图 4)。由此可知，重力异常和高密度电法可较好地反映新生界、中生界和古生界之间的界面，磁异常仅可揭示中新生界与古生界的界面，但古生代不同地层单元的磁化率差异明显，可利用磁异常揭示基岩面的地质结构。在岩体方面，中酸性岩石类型与古生代岩石地层的物性特征较相似，不易区分，但基性岩的密度和磁化率明显较高，可利用重力和磁异常进行圈定。

覆盖层地质调查的目标为覆盖层三维结构及其覆盖层底面三维形态，主要采用地表信息延伸推断、浅层地球物理揭示和浅层钻探验证的技术方法。

在覆盖区地表地质调查基础上，利用个别深沟地层岩石序列出露较齐全，查明各覆盖层地层的岩石序列、分布范围及接触关系，再根据地表地层产状、展布形态及其断层/断裂的改造，合理外延和推断覆盖层各填图单元的空间展布形态。

紧密围绕项目目标任务，在充分收集分析前人资料的基础上，补充必要的面积性物探和控制性物探剖面，常用的地球物理方法包括重力、磁法、探地雷达、高密度电法、大地电磁、浅层地震等，需兼顾有效性和经济性。不同的覆盖层厚度、结构类型及其目标层采用不同的物探技术方法，同时还要预判可能影响地球物理方法有效性和精度的地貌、地面设施和地质次生蚀变等因素，如风电场对航空磁测和地面磁测的干扰，戈壁荒漠区表层强烈盐碱化对高密度电法探测的干扰等，往往需要提前进行地球物理方法试验，分析其抗干扰能力、分辨率及各项技术参数。

东天山喀拉塔格—雅满苏地区从超浅覆盖—浅覆盖—深覆盖均有发育，单层、双层和三层覆盖层结构类型齐全。本次利用1:20万布格重力异常数据初步反演区域覆盖层底面，即基岩顶面三维形态(图 5)，推测区域覆盖层厚度总体分布特征，针对不同厚度和结构的覆盖层采用不同的地球物理方法组合(表 1)。

图 5

图 5 哈密地区前中生代基岩面(覆盖层底面)三维形态图 Fig.5 3D morphological map of the pre-Mesozoic bedrock surface(bottom of overburden)in Hami area

表 1(Table 1)

表 1 戈壁荒漠浅覆盖区揭示覆盖层结构和基岩地质结构的地球物理及钻探技术方法 Table 1 The combination of geophysics and drilling techniques for revealing the geological structure of the overburden and bedrock in Gobi desert shallow cover area

表 1 戈壁荒漠浅覆盖区揭示覆盖层结构和基岩地质结构的地球物理及钻探技术方法 Table 1 The combination of geophysics and drilling techniques for revealing the geological structure of the overburden and bedrock in Gobi desert shallow cover area

(1) 深覆盖区(大于200 m)，以三层覆盖为主，少量双层覆盖。先采用面积性1:5万重力调查和航磁资料分析下伏基岩面深度(图 6)，反演覆盖层厚度分布，再部署横跨调查区的大地电磁测深剖面建立构造格架，然后选择覆盖层结构齐全、具有代表性的位置，采用反射法浅源地震剖面揭示覆盖层厚度、内部结构及其构造形态(图 7)，对重磁进行反演。

图 6

图 6 哈密地区烟墩区块重力与磁法结合反演基岩深度及覆盖层底面深度 Fig.6 Depth map of bedrock top and cover bottom of Yandun block in Hami area, according to gravity and magnetic data

图 7

图 7 东天山哈密地区红丘陵区块浅源反射地震剖面揭示覆盖层厚度、结构及其基岩分布图 Fig.7 The shallow reflection seismic section which revealing the thickness, structure of cover and bedrock distribution in the Hongqiuling sheet of Hami area C1—早石炭世地层；C2—晚石炭世地层；C2w1—晚石炭世梧桐窝子组一段；J2x1—中侏罗世西山窑组下段；J2x2—中侏罗世西山窑组上段；J2t—中侏罗世头屯河组；E3N1t—渐新世-中新世桃树园组

(2) 浅覆盖区(100~200 m)，以双层覆盖为主，少量单层覆盖和三层覆盖。除采用1:5万重磁资料分析覆盖区厚度分布和大地电磁测深剖面建立基本构造格架外，可利用高密度电法大致揭示基岩深度、覆盖层厚度及其内部结构形态(图 8)，若经费充足，可采用反射法浅源地震，效果更佳。

图 8

图 8 东天山哈密地区红丘陵区块高密度电法剖面揭示覆盖层厚度和结构及钻探验证示意图 Fig.8 High-density electrical section and drilling verification which showing the thickness and structure of cover in the Hongqiuling sheet of Hami area J2x—中侏罗世西山窑组；E3N1t—渐新世-中新世桃树园组；Qp3X—晚更新世新疆群

(3) 浅覆盖区(50~100 m)，以双层覆盖为主，少量单层和三层覆盖。利用1:5万重磁和大地电磁测深剖面分别对覆盖区厚度和构造格架进行反演，精度均明显降低，但高密度电法剖面揭示基岩深度、覆盖层厚度及其结构的精度明显提高，甚至可达到反射法浅源地震的效果。

(4) 浅覆盖区(20~50 m)，以单层覆盖为主，少量双层或三层覆盖。利用1:5万重磁可大致分析覆盖区厚度，大地电磁测深剖面则不再适用，主要使用高密度电法剖面揭示覆盖层厚度及其结构，若经费紧张，也可选用探地雷达。

(5) 浅覆盖区(3~20 m)，以单层覆盖为主，少量双层覆盖。1:5万重磁不再适用，浅层地震反射法精度亦明显降低，主要采用高密度电法剖面揭示基岩深度、覆盖层厚度、结构及构造断裂，若经费紧张，也可使用探地雷达。

(6) 超浅覆盖区(小于3 m)，单层结构，多位于基岩区与覆盖区边部。主要使用探地雷达，可精确揭示覆盖层厚度及构造断裂，其他物探方法分辨率较低，不再适用。

钻孔是验证地球物理推测、进行地球物理分析参数校正的重要手段。在实施钻孔验证前，应充分利用地质、地球物理、钻孔等资料，进行针对性的钻探部署，每个钻孔做到有的放矢。

钻探施工分为汽车冲击钻、取岩心样的槽型钻和机械钻3种类型，其中前者为岩石粉末样，仅能验证覆盖层厚度及其大致岩性，后两者可获取岩心，可准确验证覆盖层厚度、岩石组合及其结构。槽型钻成本低，操作方便，但最深仅能达到15 m；汽车冲击钻成本较低，较快捷，但受工艺限制，最深达到200 m；机械钻的控制深度可达上千米，但成本较高，工作周期长。

根据各种钻探的工艺特点，结合覆盖层深度和地质目标，相互配合部署：覆盖层厚度小于3 m时，采用槽型钻揭露，揭示覆盖层深度及其地质结构，可适当提高控制程度；覆盖层厚度3~200 m时，以汽车冲击钻为主，揭示覆盖层分布基本特征，配合机械岩心钻揭示覆盖层地质结构，建立覆盖层标准孔；覆盖层厚度大于200 m时，采用机械岩心钻，建立覆盖层关键部位的标准孔。

总体上，钻探深度越浅成本越低，随着覆盖层厚度变小可适当提高控制程度。

通过地表、地球物理和钻探调查，基本查明了调查区中新生代地层的空间展布及分布规律。早中侏罗世，哈密地区广泛发育河流湖泊相的八道湾组(J₁b)、三工河组(J₁s)、西山窑组(J₁x)和头屯河组(J₂t)。晚白垩世，哈密地区西部发育从干旱沙漠相到滨浅湖相的柳树泉组(K₂l)，和干旱、半干旱的大海道组(K₂d)。渐新世—中新世，普遍发育扇三角洲相的桃树园组(E₃N₁t)和滨浅湖相的葡萄沟组(N₂p)。整体上，哈密地区中新生代受到晚侏罗世—早白垩世、晚白垩世末期—始新世和晚新世—第四纪3期构造隆升作用影响，导致缺失相应时代的地层，最终形成现今的东天山盆山面貌。

浅覆盖区基岩调查主要任务为查清基岩顶面形态、识别基岩地质体单元及其分布范围、识别主要断裂构造，基本方法包括地表信息的延伸推断、地球物理勘探和浅层钻探，但具体方法组合的选择仍因具体地质结构和目标任务的差异而不同，其中基岩顶面起伏形态即覆盖层底面三维形态，前文已详细论述，不再赘述。

在地表地质精细填图查明基岩区域岩石地层序列、空间展布及其构造改造特征的基础上，对与覆盖区接触的基岩区边部进行详细调查，由已知到未知，利用露头信息顺构造走向外延到覆盖区，推测覆盖区基岩的岩石组成、填图单位及其构造属性。原则上，覆盖区基岩填图单元不能超过地表区域填图单元系统范围，除非有充足的物探及地质依据。

调查基岩面地质结构主要利用区域磁法、区域重力、剖面大地电磁法和高能量地震发射波法，针对不同的基岩地质结构和地质矿产问题，使用不同的技术方法组合。一般采用面积性测量与剖面测量有机结合，多种物探方法相互补充、相互印证，物探剖面应尽量垂直主要基岩地质体或主构造线的走向布置，尽可能多地穿越不同的基岩填图单位、物探异常中心、基岩埋藏浅或残留露头的地段。此外，物探剖面位置应与地质-钻探控制性剖面重合。

通过大地电磁测深剖面(MT)，调查区域主要断裂(带)的位置、产状及规模(图 9)，建立区域构造格架，结合地表新厘定的大草滩蛇绿构造混杂岩带，指示大草滩断裂(F5)为通达地幔的具有区域性分割意义的大断裂。然后，对调查区进行1:5万重力和1:5万磁法调查，通过线性提取对断裂/断层进行解译(图 10)，结合地表地质构造展布，进行校正。若经费和实施条件允许，覆盖层较浅时(小于20 m)可利用探地雷达，覆盖层较深(大于20 m)时利用地震反射剖面对覆盖区关键构造位置进行详细的断层/断裂调查(图 7)。

图 9

图 9 东天山尾亚-南庙尔沟大地电磁测深剖面二维NLCG反演电性结构模型 Fig.9 Two-dimensional NLCG inversion electrical structure model of the MT sounding profile in Weiya-Namiaoergou, East Tianshan

图 10

图 10 东天山哈密地区红丘陵幅重力异常线性(a)和航磁异常线性特征(b)识别与断裂/断层推断图 Fig.10 Faults inferred map according to the linear feature of the gravity anomaly(a) and aeromagnetic anomaly(b)in the Hongqiuling sheet of Hami area

对于覆盖区基岩填图，由于资料有限，加之地球物理数据往往是对一定范围内岩石地层组合的综合反映，因此填图精度要求仅限于填图地质单元。本次首先通过1:5万重力和1:5万航磁调查，查明覆盖区重磁特征分布，根据覆盖层重磁物性测量标准及其厚度，剔除覆盖层重磁影响。然后，利用根据地表物性测量建立的各基岩填图单元重磁标准，对地表基岩区重磁特征进行校准，分析物探目标体与地质填图单元的关系，再结合地表基岩空间展布规律，圈定覆盖区基岩填图单元。通过调查研究，吐哈盆地东部覆盖层下伏基岩主要为黑草滩组(O_2-3h)、大南湖组(D_1-2d)、康古尔塔格组(D₃-C₁kg)、干墩组(C₁g)、梧桐窝子组(C₂w)、企鹅山组(C₂q)等，均为形成于火山弧环境的火山岩夹少量沉积岩，同时普遍存在前寒武纪的锆石信息，揭示吐哈盆地的基底性质应为活动陆缘增生岩浆弧，不排除微陆块的存在。

在深入分析地质、地球物理信息的基础上，部署钻探工作，尽量布置在推测重要岩性界线、地质填图单位界线、构造点、矿化蚀变带或物探异常突变点处，一般沿地球物理剖面线布设，形成地质-物探-钻探联合地质剖面，控制主要地质填图单位。在钻探部署施工方面，与钻探揭示覆盖层地质结构的思路一样，针对不同覆盖层深度和地质目标，采用不同的钻探工艺组合。

覆盖层厚度小于3 m时，采用槽型钻，揭露基岩厚度应超过0.3 m，基本查明主要岩石特征和岩石组合分布，达到对各地层群-组-段、具一定规模侵入体和主要断裂/层的控制。

覆盖层厚度为3~200 m时，以汽车冲击钻为主，揭露基岩深度至少1 m，揭示基岩的基本岩性特征，配合机械岩心钻查明基岩岩石类型、结构构造等信息，揭露基岩厚度不少于2 m，钻遇含矿层、蚀变矿化带时须穿透，基本达到对地层群-组-段、较大规模侵入体和重要断裂/层的控制。

覆盖层厚度大于200 m时，采用机械岩心钻，揭示关键部位的基岩岩石特征和构造信息，达到对重要地层群-组、较大规模关键侵入体和重要断裂或重要构造结合带的控制。

在地表地质图表达方面，基岩露头图面应充分体现“岩性-构造”实体精细化表达：①利用“色系-颜色-图案花纹”表示“地层岩群或岩组-岩性段-自然层”(图 11-a)；②利用不同颜色的线条加点表达不同岩石类型岩脉，对岩脉进行精细化表示(图 11-b)；③采用不同颜色表达不同期次构造样式，用线条粗细表示断层/断裂的级别，丰富构造纲要图的表达(图 11-c)。另外，戈壁荒漠覆盖区地表主要为中新生代地层，填图单位较少，传统地质图表达较简单，本次为了丰富图面表达，提供更全面的地表地质信息：①针对第四系，采用年代+成因划分，按地质年代划分出更新统(进一步划分为下、中、上更新统)和全新统，按成因划分出冲积、洪积、湖积、海积、风积、冰碛、冰水堆积等；②针对中生代地层，将与盆山演化和气候变迁关系密切的古流向与古风向表达于地质图上(图 11-d)；③采用地貌和地质为一体的地貌地质填图方式，将阶地地貌表达在地质图上，直观地体现新生代盆地构造特征(图 11-e)。

图 11

图 11 地表地质图图面表达 Fig.11 Expression of surface geological map a—采用“色系-颜色-图案花纹”表示“地层岩群或岩组-岩性段-自然层”；b—不同颜色线条表达不同岩石类型岩脉；c—不同颜色表达不同期次构造样式，线条粗细表示断层(裂)的级别；d—古流向与古风向地质图表达方式；e—侵蚀阶地图面表达方式

覆盖区基岩地质图相较于传统地质图应注意以下方面：①为体现实体填图理念及地球物理对岩石物性反映的基本原理，填图单位代号需后缀岩性或岩石组合代号(如C₂q³pr-a，晚石炭世企鹅山组火山碎屑岩夹安山岩)，确保调查区每处都有明确或推测的岩石类型或岩石组合；②地质界线与地表基岩应做好衔接，相互协调，可根据地质体展布、构造行迹做适当延伸；③将钻探位置、编号及其岩心钻柱表达于主图(图 12-a)，直观展示覆盖层结构和基岩信息；④将三维地质结构模型或深部不同层次地质界面(如新生界底面、中生界底面等)展布形态作为附图展示(图 12-b)，直观表达各层次深部的空间展布形态；⑤将主要的地球物理图件作为附图表达，如区域重力异常、区域磁法异常、地震主干剖面、大地电磁主干剖面等(图 12-c)。

图 12

图 12 基岩地质图图面表达 Fig.12 Representation of the bedrock geological map a—基岩地质图中钻探位置、编号及其岩心钻柱表达；b—不同覆盖层地质界面展布形态；c—调查区航磁化极异常附图

三维地质建模是对地质结构、地质属性进行空间分析和展示的重要方法和途径。目前有多款三维地质建模软件，基于各自特点，结合本项目拥有的大量地质、遥感、地球物理、钻探等多源数据，本次选用可充分融合多维地学数据的GeoModeller软件，特别是支持重力、磁法等地球物理数据的正反演模拟，构建三维地质结构模型，可分为数据获取、模型建立、可视化3个步骤。

三维建模需具备的数据有DEM高程数据、地表与基岩面地质图、图切剖面与边界数据、钻孔数据、断层数据等。其中，本次使用的DEM高程数据从国家测绘地理信息局申请获取，为1:5万比例尺，网格为25 m×25 m，需转换为Geosoft Grid或ER Mapper网格格式；地表与基岩地质图，需要转化为shp格式；绘制主干图切剖面，尽可能穿过更多的地质填图单元，并将地质边界赋予产状数据；将所有钻孔数据按照要求整理为Collars.csv，Geology.csv和Surveys.csv 3种类型的文件，待后续导入工程；输入断层走向、倾向及延伸范围，特别是需明确各断层性质、错断地质体等。

然后，在GeoModeller软件中按照操作流程导入准备的数据，按照自下而上、由粗到细、先简单后复杂的建模思路，逐层构建各地质体的曲面模型，处理地质体之间的网格交切关系，最终构建完整的三维地质结构模型(图 13)，全方位展示每个地质体的空间形态及互相关系。

图 13

图 13 哈密地区长干河幅三维地质建模示意图 Fig.13 Schematic diagram of 3D geological structure modeling for Changgan River sheet by GeoModeller software in Hami area a—地表DEM高程三维展示；b—钻孔空间展布；c—断层空间展示；d—石炭纪地质体及钻探空间展布；e—基岩三维地质结构展示；f—覆盖区三维地质结构模型

本文通过地、物、遥、钻等多技术手段，对东天山哈密地区开展戈壁荒漠浅覆盖区地质填图的方法实验与填图实践，系统总结了地表地质填图、覆盖层填图和覆盖区基岩地质填图的技术方法，探索了系列成果表达方式。特别是，针对不同深度、不同类型地质体，综合适用性、经济性和分辨率等因素，建立了一套较系统的戈壁荒漠浅覆盖区区域地质填图技术方法体系，具有一定的普适性，为中国戈壁荒漠覆盖区1:5万地质填图的推广提供了技术支撑。同时，针对东天山东段关键地质矿产问题，结合地表、覆盖层和下伏基岩的立体式调查研究，为东天山大草滩断裂带性质、吐哈盆地基底性质及其中新生代构造环境演化提供了重要信息。

戈壁荒漠覆盖区地质情况复杂，调查目标也不尽相同，应在普适性技术方法组合的基础上，继续加强物探、化探与地质的深度融合与方法试验，探索适合研究区的具有针对性的最佳技术方法组合。覆盖区地质填图经费投入相对传统地质填图较高，应加强需求导向、问题导向和目标导向, 围绕国家战略、重大工程建设和地方经济社会高质量发展需求，针对区域地球基础科学、战略性矿产资源找矿、地质安全、重大生态环境等关键问题，需加强预研究和立项论证，确保成效。同时，对于以揭示基岩地质结构为核心目标的覆盖区地质填图，地球物理方法应用是关键，虽然国内进行了许多探索，但相对于欧美国家依然存在较大差距，特别是地球物理数据提取与处理方法，如何将覆盖层物性影响剔除，揭示基岩物性特征，仍缺乏有效办法^①。建议进一步加强地球物理数据处理软件开发、算法创新、参数校正、成果表达及实验验证探索，深度挖掘数据潜力，如浅覆盖区地质填图需要提取更多近地表、浅层次的地球物理信息。另外，在地质填图精度方面，1:5万地质填图技术要求(自然资源部中国地质调查局，2019)明确地表地质体标定直径大于200 m的闭合体和长度大于500 m的线状地质体必须表达，但覆盖层基岩无明确的表达尺度要求，仅要求表达到组级地层单位，标准孔地层划分详细的区域需表达到段级地层单位及岩性层组。这是由于覆盖区基岩识别的精度主要取决于其物性特征，以及与相邻地质体物性的差异，导致用来扫面的1:5万重磁调查对地下基岩识别精度无法保证，并且无法予以最小表达尺寸要求。因此，覆盖区填图应根据目标任务和地质特征，加强预研究，划分物探调查重点区与一般区，重磁扫描工作不平均使用工作量，在重点地区可适当加密，避免物探调查的机械性，保证对覆盖区重要地质体或构造的重点揭示。

致谢: 戈壁荒漠浅覆盖区1:5万区域地质填图技术方法探索是一项集体成果，是中国地质调查局西安地质调查中心与中国地质大学(武汉)共同合作的结果，项目组百余名一线地质工作人员付出了辛勤的努力。在项目实施过程中，得到胡健民研究员、计文化研究员、Steve教授、李荣社教授级高工、王永和教授级高工、李建星研究员、李振宏研究员、唐小平高级工程师和杨建国教授级高工等多位专家的辛勤指导和帮助，也感谢审稿专家提出的诸多建设性意见，在此一并表示最诚挚的感谢。