地下空间资源协同化评价探索——“复杂地质条件地下空间资源识别与评价”专辑特邀主编寄语

刘 凯

中国地质科学院,北京 100037

地下空间资源是经济社会发展过程中的重要资源,是巨大而丰富的空间资源(Broere,2016; 张茂省等,2019)。本专辑探讨的地下空间资源涉及城市地下空间资源、一般地下空间资源和地热资源。城市地下空间资源是指现有经济技术条件下,城市地表以下一定深度范围内可保护利用的地质体和空间资源。一般地下空间资源是指隧道等埋置于地层内的工程建筑物。地热资源是指贮藏在地球内部的可再生热能,通常集中分布在构造板块边缘一带。地热资源不仅是一类清洁的能源资源,可供发电、采暖等,还是一种可供提取碘、钾盐、硼砂、铵盐等工业原料的天然肥水资源和热卤水资源,同时还是宝贵的饮用矿泉水资源和医疗热矿水以及生活供水水源。

城市地下空间资源的合理开发利用可有效解决人口增长和城镇化过程中城市空间日益拥挤的现状(Wang et al.,2022; 孙文洁等,2024)。一般地下空间资源的开发利用在交通运输和工业发展方面起到关键作用(许振浩等,2024)。地热资源的利用具有显著的社会、经济和环境效益(张垚垚等,2024),作为清洁能源能够加快我国碳达峰、碳中和目标的实现。

地下空间相关资源在开发利用过程中受多种因素制约,如城市地下空间资源开发的制约因素有基础地质、水文地质、工程地质等地质条件(孙文洁等,2024; 赵银鑫等,2024)和已有建筑、文物古迹等社会经济条件(Zhou et al.,2019; 李鹏岳等,2021)。地热资源主要受地层岩性、断裂带等地质条件控制(Elders et al.,2016; 王贵玲等,2017)。因此,结合相应控制因素,科学合理的开展资源识别探测与评价将有力支撑地下空间资源的开发利用。

1 资源探测识别

地下空间资源探测识别是其开发利用的基础,其主要探测识别方法包括地球物理探测和钻探。地球物理探测法是深入了解复杂地质条件下地下空间资源的重要渠道之一,包括地震波反射法、浅层瞬变电磁法和激发极化法等,可实现地下空间不良地质体的精细识别(许振浩等,2024)。钻探技术可直接揭露地层结构,通常应用于地热资源探测、城市地下空间资源探测和二氧化碳封存及地质储能等特殊地下空间资源探测等方面(刘凯等,2017; 吴爱民等,2018;郭朝斌等,2019; 马岩等,2020)。

城市地下空间资源探测主要目的为查明城市地质条件和已有地下空间开发利用状况。通常利用地球物理方法初步探测,例如利用高密度电法探测第四系结构与断裂带等(马岩等,2020; 李嘉瑞等,2022); 利用瞬变电磁法探测已有地下空间结构、城市管线等(Lin et al.,2016; 李文翰等,2020); 利用探测雷达和地震反射波法识别不良地质体与城市管道等(刘宗辉等,2019; 许振浩等,2024)。城市地下空间资源探测中应用必要的钻探技术探测,可精细查明地层信息,为三维地质模型提供可靠的数据支撑(Lu et al.,2016; 张茂省等,2019)。

复杂地质条件下基岩地下水的识别探测具有一定挑战性。目前,基岩地下水探测的众多方法中,地球物理探测法是深入了解复杂地质条件下基岩地下水分布的重要渠道之一(Patra et al.,2016; 周坤,2022),可实现复杂地质条件下基岩地下水的精细识别。特殊地下空间资源与地热资源通常埋藏深度较深,主要通过地球物理方法与钻探技术相结合进行探测识别,进而分析资源特征(张浩然等,2024; 张垚垚等,2024)。同时,复杂地质条件下地表高陡边坡岩体可基于无人机摄影技术进行识别构建(付德荃,2024)。

2 资源评价

资源评价是地下空间资源开发利用的关键环节,包括资源数量、质量和潜力评价。基岩地下水量评价、地热资源量评价、二氧化碳驱油驱气评价等均属于地下空间资源数量评价,是对资源可开采量的评价。资源数量评价通常结合实际地质参数,如含水层渗透系数、岩石孔隙率、热导率、水位变化、地热资源特征等,利用经验公式、数值模拟等方法确定资源量(罗成,2022; 高俊等,2023)。

地下空间资源质量评价是对地下空间资源可开发利用程度与效率的评价,如地下空间资源质量评价、地热流体质量评价、地下水水质及污染程度评价等(刘宗明等,2024; 孙文洁等,2024; 贾伍慧等,2024; 赵银鑫等,2024)。地下空间资源质量评价是地下空间资源开发利用的关键环节,需结合地质特征、测试指标等数据。例如,城市地下空间地质适宜性评价是综合质量评价的重要组成部分,需要结合地质、水文地质、工程地质、环境地质和约束条件等因素,利用层次分析法、模糊数学等方法进行评价(孙文洁等,2024; 赵银鑫等,2024)。地热流体与地下水质量评价需结合地热水、地下水的水化学测试结果基于相关水质标准进行分析评价(贾伍慧等,2024; 余廷溪等,2024; 刘宗明等,2024)。工程建设适宜性评价需结合场地稳定性、工程地质条件和水文地质条件等指标(朱伟等,2024; 卞夏等,2024)。

地下空间资源潜力评价是在资源数量评价的基础上对近、中、长期资源供应保证程度做出评价,确保资源的可持续利用(王贵玲等,2017; Koon et al.,2022)。地下水允许开采量评价、地热资源开发利用潜力评价均属于资源潜力评价范畴,同样可结合实际地质参数利用经验公式、数值模拟等方法确定(裴发根等,2023; 朱喜等,2023)。

3 总结

在《地球学报》编辑部的大力支持下,由复杂地质条件下地下空间相关资源的探测、识别和评价等相关方面内容构成“复杂地质条件下地下空间资源识别与评价”专辑,广义地下空间相关资源包括城市地下空间资源、特殊地下空间资源、基岩地下水资源、地热资源等,是众多学科交叉融合的领域。希望本次专辑的研究成果可为地下空间相关资源的识别与保护研究提供参考,能够吸引更多研究者的兴趣。

致谢: 本专辑得到许多老师的帮助与支持,表示衷心的感谢。同时,感谢本专辑编辑付出的辛勤劳动。