劉 凱

中國地質(zhì)科學(xué)院,北京 100037

地下空間資源是經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展過程中的重要資源,是巨大而豐富的空間資源(Broere,2016; 張茂省等,2019)。本專輯探討的地下空間資源涉及城市地下空間資源、一般地下空間資源和地?zé)豳Y源。城市地下空間資源是指現(xiàn)有經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件下,城市地表以下一定深度范圍內(nèi)可保護(hù)利用的地質(zhì)體和空間資源。一般地下空間資源是指隧道等埋置于地層內(nèi)的工程建筑物。地?zé)豳Y源是指貯藏在地球內(nèi)部的可再生熱能,通常集中分布在構(gòu)造板塊邊緣一帶。地?zé)豳Y源不僅是一類清潔的能源資源,可供發(fā)電、采暖等,還是一種可供提取碘、鉀鹽、硼砂、銨鹽等工業(yè)原料的天然肥水資源和熱鹵水資源,同時(shí)還是寶貴的飲用礦泉水資源和醫(yī)療熱礦水以及生活供水水源。

城市地下空間資源的合理開發(fā)利用可有效解決人口增長(zhǎng)和城鎮(zhèn)化過程中城市空間日益擁擠的現(xiàn)狀(Wang et al.,2022; 孫文潔等,2024)。一般地下空間資源的開發(fā)利用在交通運(yùn)輸和工業(yè)發(fā)展方面起到關(guān)鍵作用(許振浩等,2024)。地?zé)豳Y源的利用具有顯著的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益(張垚垚等,2024),作為清潔能源能夠加快我國碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

地下空間相關(guān)資源在開發(fā)利用過程中受多種因素制約,如城市地下空間資源開發(fā)的制約因素有基礎(chǔ)地質(zhì)、水文地質(zhì)、工程地質(zhì)等地質(zhì)條件(孫文潔等,2024; 趙銀鑫等,2024)和已有建筑、文物古跡等社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件(Zhou et al.,2019; 李鵬岳等,2021)。地?zé)豳Y源主要受地層巖性、斷裂帶等地質(zhì)條件控制(Elders et al.,2016; 王貴玲等,2017)。因此,結(jié)合相應(yīng)控制因素,科學(xué)合理的開展資源識(shí)別探測(cè)與評(píng)價(jià)將有力支撐地下空間資源的開發(fā)利用。

1 資源探測(cè)識(shí)別

地下空間資源探測(cè)識(shí)別是其開發(fā)利用的基礎(chǔ),其主要探測(cè)識(shí)別方法包括地球物理探測(cè)和鉆探。地球物理探測(cè)法是深入了解復(fù)雜地質(zhì)條件下地下空間資源的重要渠道之一,包括地震波反射法、淺層瞬變電磁法和激發(fā)極化法等,可實(shí)現(xiàn)地下空間不良地質(zhì)體的精細(xì)識(shí)別(許振浩等,2024)。鉆探技術(shù)可直接揭露地層結(jié)構(gòu),通常應(yīng)用于地?zé)豳Y源探測(cè)、城市地下空間資源探測(cè)和二氧化碳封存及地質(zhì)儲(chǔ)能等特殊地下空間資源探測(cè)等方面(劉凱等,2017; 吳愛民等,2018;郭朝斌等,2019; 馬巖等,2020)。

城市地下空間資源探測(cè)主要目的為查明城市地質(zhì)條件和已有地下空間開發(fā)利用狀況。通常利用地球物理方法初步探測(cè),例如利用高密度電法探測(cè)第四系結(jié)構(gòu)與斷裂帶等(馬巖等,2020; 李嘉瑞等,2022); 利用瞬變電磁法探測(cè)已有地下空間結(jié)構(gòu)、城市管線等(Lin et al.,2016; 李文翰等,2020); 利用探測(cè)雷達(dá)和地震反射波法識(shí)別不良地質(zhì)體與城市管道等(劉宗輝等,2019; 許振浩等,2024)。城市地下空間資源探測(cè)中應(yīng)用必要的鉆探技術(shù)探測(cè),可精細(xì)查明地層信息,為三維地質(zhì)模型提供可靠的數(shù)據(jù)支撐(Lu et al.,2016; 張茂省等,2019)。

復(fù)雜地質(zhì)條件下基巖地下水的識(shí)別探測(cè)具有一定挑戰(zhàn)性。目前,基巖地下水探測(cè)的眾多方法中,地球物理探測(cè)法是深入了解復(fù)雜地質(zhì)條件下基巖地下水分布的重要渠道之一(Patra et al.,2016; 周坤,2022),可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜地質(zhì)條件下基巖地下水的精細(xì)識(shí)別。特殊地下空間資源與地?zé)豳Y源通常埋藏深度較深,主要通過地球物理方法與鉆探技術(shù)相結(jié)合進(jìn)行探測(cè)識(shí)別,進(jìn)而分析資源特征(張浩然等,2024; 張垚垚等,2024)。同時(shí),復(fù)雜地質(zhì)條件下地表高陡邊坡巖體可基于無人機(jī)攝影技術(shù)進(jìn)行識(shí)別構(gòu)建(付德荃,2024)。

2 資源評(píng)價(jià)

資源評(píng)價(jià)是地下空間資源開發(fā)利用的關(guān)鍵環(huán)節(jié),包括資源數(shù)量、質(zhì)量和潛力評(píng)價(jià)?；鶐r地下水量評(píng)價(jià)、地?zé)豳Y源量評(píng)價(jià)、二氧化碳驅(qū)油驅(qū)氣評(píng)價(jià)等均屬于地下空間資源數(shù)量評(píng)價(jià),是對(duì)資源可開采量的評(píng)價(jià)。資源數(shù)量評(píng)價(jià)通常結(jié)合實(shí)際地質(zhì)參數(shù),如含水層滲透系數(shù)、巖石孔隙率、熱導(dǎo)率、水位變化、地?zé)豳Y源特征等,利用經(jīng)驗(yàn)公式、數(shù)值模擬等方法確定資源量(羅成,2022; 高俊等,2023)。

地下空間資源質(zhì)量評(píng)價(jià)是對(duì)地下空間資源可開發(fā)利用程度與效率的評(píng)價(jià),如地下空間資源質(zhì)量評(píng)價(jià)、地?zé)崃黧w質(zhì)量評(píng)價(jià)、地下水水質(zhì)及污染程度評(píng)價(jià)等(劉宗明等,2024; 孫文潔等,2024; 賈伍慧等,2024; 趙銀鑫等,2024)。地下空間資源質(zhì)量評(píng)價(jià)是地下空間資源開發(fā)利用的關(guān)鍵環(huán)節(jié),需結(jié)合地質(zhì)特征、測(cè)試指標(biāo)等數(shù)據(jù)。例如,城市地下空間地質(zhì)適宜性評(píng)價(jià)是綜合質(zhì)量評(píng)價(jià)的重要組成部分,需要結(jié)合地質(zhì)、水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)和約束條件等因素,利用層次分析法、模糊數(shù)學(xué)等方法進(jìn)行評(píng)價(jià)(孫文潔等,2024; 趙銀鑫等,2024)。地?zé)崃黧w與地下水質(zhì)量評(píng)價(jià)需結(jié)合地?zé)崴?、地下水的水化學(xué)測(cè)試結(jié)果基于相關(guān)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析評(píng)價(jià)(賈伍慧等,2024; 余廷溪等,2024; 劉宗明等,2024)。工程建設(shè)適宜性評(píng)價(jià)需結(jié)合場(chǎng)地穩(wěn)定性、工程地質(zhì)條件和水文地質(zhì)條件等指標(biāo)(朱偉等,2024; 卞夏等,2024)。

地下空間資源潛力評(píng)價(jià)是在資源數(shù)量評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上對(duì)近、中、長(zhǎng)期資源供應(yīng)保證程度做出評(píng)價(jià),確保資源的可持續(xù)利用(王貴玲等,2017; Koon et al.,2022)。地下水允許開采量評(píng)價(jià)、地?zé)豳Y源開發(fā)利用潛力評(píng)價(jià)均屬于資源潛力評(píng)價(jià)范疇,同樣可結(jié)合實(shí)際地質(zhì)參數(shù)利用經(jīng)驗(yàn)公式、數(shù)值模擬等方法確定(裴發(fā)根等,2023; 朱喜等,2023)。

3 總結(jié)

在《地球?qū)W報(bào)》編輯部的大力支持下,由復(fù)雜地質(zhì)條件下地下空間相關(guān)資源的探測(cè)、識(shí)別和評(píng)價(jià)等相關(guān)方面內(nèi)容構(gòu)成“復(fù)雜地質(zhì)條件下地下空間資源識(shí)別與評(píng)價(jià)”專輯,廣義地下空間相關(guān)資源包括城市地下空間資源、特殊地下空間資源、基巖地下水資源、地?zé)豳Y源等,是眾多學(xué)科交叉融合的領(lǐng)域。希望本次專輯的研究成果可為地下空間相關(guān)資源的識(shí)別與保護(hù)研究提供參考,能夠吸引更多研究者的興趣。

致謝: 本專輯得到許多老師的幫助與支持,表示衷心的感謝。同時(shí),感謝本專輯編輯付出的辛勤勞動(dòng)。