地下空間資源協同化評價探索
——“復雜地質條件地下空間資源識別與評價”專輯特邀主編寄語

劉 凱

中國地質科學院,北京 100037

地下空間資源是經濟社會發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熱資源。城市地下空間資源是指現有經濟技術條件下,城市地表以下一定深度范圍內可保護利用的地質體和空間資源。一般地下空間資源是指隧道等埋置于地層內的工程建筑物。地熱資源是指貯藏在地球內部的可再生熱能,通常集中分布在構造板塊邊緣一帶。地熱資源不僅是一類清潔的能源資源,可供發電、采暖等,還是一種可供提取碘、鉀鹽、硼砂、銨鹽等工業原料的天然肥水資源和熱鹵水資源,同時還是寶貴的飲用礦泉水資源和醫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利用可有效解決人口增長和城鎮化過程中城市空間日益擁擠的現狀(Wang et al.,2022; 孫文潔等,2024)。一般地下空間資源的開發利用在交通運輸和工業發展方面起到關鍵作用(許振浩等,2024)。地熱資源的利用具有顯著的社會、經濟和環境效益(張垚垚等,2024),作為清潔能源能夠加快我國碳達峰、碳中和目標的實現。

地下空間相關資源在開發利用過程中受多種因素制約,如城市地下空間資源開發的制約因素有基礎地質、水文地質、工程地質等地質條件(孫文潔等,2024; 趙銀鑫等,2024)和已有建筑、文物古跡等社會經濟條件(Zhou et al.,2019; 李鵬岳等,2021)。地熱資源主要受地層巖性、斷裂帶等地質條件控制(Elders et al.,2016; 王貴玲等,2017)。因此,結合相應控制因素,科學合理的開展資源識別探測與評價將有力支撐地下空間資源的開發利用。

1 資源探測識別

地下空間資源探測識別是其開發利用的基礎,其主要探測識別方法包括地球物理探測和鉆探。地球物理探測法是深入了解復雜地質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極化法等,可實現地下空間不良地質體的精細識別(許振浩等,2024)。鉆探技術可直接揭露地層結構,通常應用于地熱資源探測、城市地下空間資源探測和二氧化碳封存及地質儲能等特殊地下空間資源探測等方面(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主要目的為查明城市地質條件和已有地下空間開發利用狀況。通常利用地球物理方法初步探測,例如利用高密度電法探測第四系結構與斷裂帶等(馬巖等,2020; 李嘉瑞等,2022); 利用瞬變電磁法探測已有地下空間結構、城市管線等(Lin et al.,2016; 李文翰等,2020); 利用探測雷達和地震反射波法識別不良地質體與城市管道等(劉宗輝等,2019; 許振浩等,2024)。城市地下空間資源探測中應用必要的鉆探技術探測,可精細查明地層信息,為三維地質模型提供可靠的數據支撐(Lu et al.,2016; 張茂省等,2019)。

復雜地質條件下基巖地下水的識別探測具有一定挑戰性。目前,基巖地下水探測的眾多方法中,地球物理探測法是深入了解復雜地質條件下基巖地下水分布的重要渠道之一(Patra et al.,2016; 周坤,2022),可實現復雜地質條件下基巖地下水的精細識別。特殊地下空間資源與地熱資源通常埋藏深度較深,主要通過地球物理方法與鉆探技術相結合進行探測識別,進而分析資源特征(張浩然等,2024; 張垚垚等,2024)。同時,復雜地質條件下地表高陡邊坡巖體可基于無人機攝影技術進行識別構建(付德荃,2024)。

2 資源評價

資源評價是地下空間資源開發利用的關鍵環節,包括資源數量、質量和潛力評價?；鶐r地下水量評價、地熱資源量評價、二氧化碳驅油驅氣評價等均屬于地下空間資源數量評價,是對資源可開采量的評價。資源數量評價通常結合實際地質參數,如含水層滲透系數、巖石孔隙率、熱導率、水位變化、地熱資源特征等,利用經驗公式、數值模擬等方法確定資源量(羅成,2022; 高俊等,2023)。

地下空間資源質量評價是對地下空間資源可開發利用程度與效率的評價,如地下空間資源質量評價、地熱流體質量評價、地下水水質及污染程度評價等(劉宗明等,2024; 孫文潔等,2024; 賈伍慧等,2024; 趙銀鑫等,2024)。地下空間資源質量評價是地下空間資源開發利用的關鍵環節,需結合地質特征、測試指標等數據。例如,城市地下空間地質適宜性評價是綜合質量評價的重要組成部分,需要結合地質、水文地質、工程地質、環境地質和約束條件等因素,利用層次分析法、模糊數學等方法進行評價(孫文潔等,2024; 趙銀鑫等,2024)。地熱流體與地下水質量評價需結合地熱水、地下水的水化學測試結果基于相關水質標準進行分析評價(賈伍慧等,2024; 余廷溪等,2024; 劉宗明等,2024)。工程建設適宜性評價需結合場地穩定性、工程地質條件和水文地質條件等指標(朱偉等,2024; 卞夏等,2024)。

地下空間資源潛力評價是在資源數量評價的基礎上對近、中、長期資源供應保證程度做出評價,確保資源的可持續利用(王貴玲等,2017; Koon et al.,2022)。地下水允許開采量評價、地熱資源開發利用潛力評價均屬于資源潛力評價范疇,同樣可結合實際地質參數利用經驗公式、數值模擬等方法確定(裴發根等,2023; 朱喜等,2023)。

3 總結

在《地球學報》編輯部的大力支持下,由復雜地質條件下地下空間相關資源的探測、識別和評價等相關方面內容構成“復雜地質條件下地下空間資源識別與評價”專輯,廣義地下空間相關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、地熱資源等,是眾多學科交叉融合的領域。希望本次專輯的研究成果可為地下空間相關資源的識別與保護研究提供參考,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,感謝本專輯編輯付出的辛勤勞動。