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0 引言
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城市地质资源包括分布在城市及其周边的土地资源、城市地下空间资源、地下水资源、地热资源、地质遗迹资源、天然建筑材料及其他矿产资源。城市地质资源是城市赖以生存和发展的重要基础,其状况直接影响城市环境的好坏,也影响城市发展的规模及方向(刘长礼,2022)。中国自1999年实施国土资源大调查至 2017年,已完成 306处地级以上城市地质资源和地质环境条件摸底调查。其中,上海、北京、广州、南京、杭州和天津6个城市完成了三维城市地质调查试点。在总结试点城市地质工作经验的基础上,自 2009 年起,采用部、省、市多方合作模式,先后完成了福州、厦门等 28 个城市地质调查工作,之后以城市群为单元,推进综合地质调查,瞄准国家重大需求,强化精准服务。
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惠州市作为粤港澳大湾区城市群的重要成员以及东翼核心城市,与粤港澳大湾区周边城市的融合不断加快。城市建设将会高速发展,城市土地将会被高度利用,城市建设对地下空间需求问题也将日趋严重。为规避建设风险,保证城市的可持续发展,对城市地质调查工作的需求显得更为迫切(官善友等,2016;林良俊等,2017;李淼等,2018)。在充分认识城市地质调查工作的基础性和重要性以及在城市总体规划中的先导性作用的基础上(洪增林,2019;王纪昆,2023),结合惠州市地热资源、地下水资源、惠州断陷盆地城市格架及粤港澳大湾区重要资源保障城市的实际地质属性,2018 年 10 月,为推动生态文明和新型城镇化建设,惠州市作为国家和广东省试点开展城市地质调查工作的城市,先后实施完成了“广东省惠州市城市地质调查”(陈华强等,2016①)、“惠州市申报国家地热资源与中等城市地下空间开发利用示范城市的前期预研工作” (祁士华等,2018②)和“惠州市城市地质调查试点工作(2020—2021 年)”(唐灵等,2021③)等重点项目,取得了较好的成果。以往城市地质调查主要针对国土开发程度较高的大型城市,重点开展地下水资源、三维工程地质调查、地下空间适宜性评价工作 (林良俊等,2017),而对于南方中等规模城市,由于地表水网发育,以地热资源为主的城市开展地质资源评价研究工作较少,本文通过总结以往成果,结合惠州市矿产资源总体规划(2021—2025年)(陈华强等,2023④)对惠州市城市地质资源进行评价,提出以地热资源为突出特点的城市地质资源评价体系,为惠州市进一步开展城市地质调查提供方法指引。惠州市作为粤港澳大湾区重要城市,开展城市地质资源评价将为惠州市城市发展、国土空间规划、重大工程选址规划与开发建设以及城市地质安全提供重要资源保障。
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1 研究区概况
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惠州市位于广东省东南部,珠江三角洲东北端,南临南海大亚湾,与深圳市、香港毗邻,属珠江三角洲经济区(图1),现辖惠城区、惠阳区、仲恺高新区、大亚湾区、惠东县、博罗县及龙门县 4区 3县,陆地面积 1.1158×104 km2,占珠江三角洲经济区面积的1/5,区位优势明显,城市发展空间充裕。
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图1 惠州市区位示意图(据陈华强等,2016①修改)
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惠州市大地构造位置处于华南准地台之东南沿海断褶带,中部为惠阳断陷盆地分布区。该地区主要地层有震旦系、寒武系、泥盆系、石炭系、三叠系、侏罗系、白垩系、古近系、第四系。区内构造以断裂为主,其中北东向区域性紫金—博罗大断裂、樟木头断裂斜贯本区,并与北西向惠州断裂及各次生断裂相互切错,构成较复杂的构造体系。惠州市出露岩浆岩主要为晚侏罗世和晚白垩世黑云母花岗岩和二长花岗岩。
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2 惠州城市地质资源评价
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2.1 水资源评价
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2.1.1 地表饮用水资源
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惠州市地表饮用水资源较丰富,地表水源地主要集中在东江、西枝江、公庄河、增江以及白盆珠、观洞等大中型水库,多年平均水资源总量为 128.58 亿 m3,人均为 2123 m3。其中惠城区、仲恺区、大亚湾区水资源量分布较少,人均分别只有 745 m3、639 m3、804 m3。惠州市地表水资源可利用量为 47.157 亿 m3,占该市地表水资源量的 36.72% (雷静等,2022⑤)。
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2.1.2 地下水源地
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惠州市城市饮用水源地保护区划,只划分了地表水饮用水源保护区,并未对地下水源地进行保护规划。本研究发现东江江北和西枝江两处应急地下水源地,均位于松散岩层地下水丰富区,分别分布在东江及西枝江沿岸。
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(1)江北水源地
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该水源地分布于惠州市区北东侧江北—小金口—汝湖—水口一带,面积为 72.6 km2。水源地平坦开阔,地面标高 13~22 m,东江呈“S”型从水源地中部通过。据钻孔 HZ30和 HZ10揭露,水源地第四纪更新世—全新世河流冲积层较为发育,层厚15~25 m,揭露最大厚度达 30.7 m。江北水源地地下水普遍具承压性,水位埋深一般为 1~8 m,水位标高略高于东江水位,岸边民井、钻孔水位与江水水力联系密切,常年处于互补状态。除山前及残丘密集地带水量贫乏外,其余大部分地段水量中等—丰富。水源地水文地质剖面(图2)显示含水层以分选性较好的卵砾石为主,局部为砾砂,剖面 A—A’具体位置见图3。该水源地顶板埋深一般为7~10 m,底板埋深一般小于30 m,厚15~20 m,平均为16 m。据江北水源地 3口水井抽水孔和 3个施工的地质钻孔资料计算,单孔涌水量 336.4~2040 m3 /d,平均 1188.2 m3 /d,江北水源地允许开采量为6.2万 m3 /d。
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(2)西枝江水源地
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该水源地位于西枝江下游与东江交汇地带冲积平原,面积约100. 0 km2。水源地平坦开阔坡度较小,西枝江流入水源地后迂回弯曲,加上西枝江在这一带频繁改道,区内牛轭湖和废弃的河曲随处可见,属于迂回型冲积平原。据钻孔 HZ68、HZ72 和 HZ13揭露,第四纪沉积层厚度一般为 10~22 m,最厚达 26.8 m,水源地水文地质剖面(图2)显示出一个沉积旋回,剖面 B—B’具体位置见图3。该水源地含水层一般埋藏于10~12 m厚的粉质黏土之下。岩性在平原中部以含砾中粗砂、砾石、卵石为主,向边缘渐变为细中砂、粉土甚至亚黏土,厚度一般 1.9~6.8 m,最厚达 9. 0 m。水源地地下水均为承压水,水位埋深 1.50~4. 01 m,单孔涌水量 156.8~2160 m3 /d,平均 1158.4 m3 /d。西枝江水源地允许开采量为7.9万 m3 /d。
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图2 惠州市江北水源地水文地质剖面图(据黄树鹏等1998⑥;陈华强等,2016①修改)
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2.2 矿产资源评价
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惠州市区域成矿地质条件较好,矿产资源比较丰富。截至 2020年,惠州市共发现矿产 23种(含亚种)(陈华强等,2023④),矿产地135处。其中金属矿产 3种,矿产地 8处。非金属矿产 20种,矿产地 127 处。总的来说,惠州市矿产资源特点是以地热、矿泉水资源为主,金属矿产种类较少,建筑用花岗岩、水泥用灰岩和陶瓷土等非金属矿产相对较丰富,规模一般为中小型。
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2.2.1 地下热矿水资源
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惠州市地热资源赋存比较丰富,已发现地热田 26个,主要分布在龙门县和惠东县,规模化、集约化开发利用条件成熟,地下热矿水资源分布广、储量大,具有很好的开发潜力。根据现有地质资料,惠州地区平均地温梯度约为3.5~4. 0℃/hm,最高地温梯度为 22.2℃/hm,地温梯度远高于广东省的平均地温梯度(2.5℃/hm),其中地热资源丰富的龙门县被评为首批“中国温泉之乡”。
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(1)地热资源分布现状
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惠州市已知现状显示的地热均为水热型地热田,以地热流体的地表出露为主要表征,地热资源类型属隆起山地型地热资源。地热田受深大断裂及岩体分布控制和影响,总体呈北东向串珠状展布,局部受北西向和东西向构造带影响而改变。区域内发现代表性地热田共48处(唐灵等,2021③)(图3)。
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图3 惠州地区及周边温泉(地热井)及水源地剖面分布示意图(据唐灵等,2021③修改)
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(2)地热资源流体温度分级特征
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区域内地热流体温度跨度较大,低温低至 26℃,中温可达 118.2℃,高温地热未见显示。研究区地热田中,地热流体温度 25~40℃的地热田 19处,约占总数的 40%;地热流体温度 40~60℃的地热田 19 处,约占 40%;地热流体温度 60~90℃的地热田9处,占比18%;地热流体温度大于90℃的地热田1处,约占总数2%。
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(3)地热资源发育的地质条件
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①惠州地热田的分布与断裂构造活动密切相关,综合分析研究显示,研究区内地热田分布主要受北东向区域深大断裂构造控制。在漫长的地质历史时期,区内经历过多次剧烈的构造运动和多期次岩浆入侵,致使断裂带及附近产生次级断层或岩体破碎、张性节理裂隙,为地热流体的储存和运移提供了空间和通道;同时,深大断裂不仅促使热储空间的形成,其构造裂隙还连通了深部地热流体与浅部热储之间的空间联系,成为地热田重要的热传递通道。据统计,48处地热田中,有 27处与深大断裂密切相关。
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②地热田的分布受岩浆侵入活动影响,与侵入岩体的地质年代和分布有着明显的相关关系。研究区地热田分布于岩浆中—后期岩脉附近、岩体与围岩的接触带以及隐伏岩体附近。地热田分布不仅与岩浆的多期次侵入或深大断裂构造影响造成原岩体和接触带岩石破碎、节理裂隙发育有关,而且也与侵入岩地质年代相关。不同地质年代的侵入岩体,表现出不同的地热显示现象,如侏罗纪侵入岩岩体及边缘接触带分布地热田24处,而与白垩纪侵入岩相关的地热田仅 7 处,与古近纪—第四纪侵入岩相关的地热田有7处。
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(4)典型地热田特征
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①紫金—博罗大断裂温泉带
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沿惠州主要发育的紫金—博罗大断裂周边共发育热水点 5 处(图3)。50℃以上温热泉有 2 处 (S61、S62),30~40℃温水孔 3处(S55、S64、S65)。5 处热水点中的惠城区小金口中海汤泉(S61)已进行商业开发,该温泉为热泉群,出露于断裂带上盘侏罗纪花岗岩与侏罗系桥源组地层接触带,泉眼有东西两处,相距12 m。东泉为主要供水泉,有3个喷水口断续喷水,水温 57℃,流量 3.935 L/s。西泉眼有 1 个喷水口断续喷水,水温 58℃,流量为 1. 046 L/s。温泉泉沟中见绿色、黄绿色硫化物沉淀物,水透明,具硫黄气味。
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沿紫金—博罗大断裂呈北东向线状分布的5处热水点(图3),热水温度多随深度增加而增大,热水点分布于岩浆岩与围岩接触带,其中在早白垩世黑云母花岗岩出露地带,热水温度较高。热水中含有不同程度的氡元素,形成热水的热源来自时代较新的侵入岩的岩浆余热和放射性元素的蜕变热。
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②黄沙洞地热田
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惠州市惠城区横沥镇黄沙洞地热田,处于莲花山脉西南部边缘地带,属低山丘陵地区,地势总体呈北东高南西低,东江从西侧流过。地热田及附近区域出露有寒武纪、泥盆纪、石炭纪和第四纪地层,区域上岩浆岩主要分布在地热田的北西侧,属燕山晚期第一阶段侵入岩(γ5 3(1))。岩性为花岗斑岩、花岗闪长斑岩、花岗闪长岩(图4a)。该地热田原由一处天然出露的温泉群所揭示,2013 年 10 月,广东省地质技术工程咨询公司(邓高,2013⑦)在前期地热地质工作基础上,施工完成一口 591.5 m 深井 (ZK8),自流量2.31 L/s(199.6 m3 /d),井口自流水温 98.2℃,井底测得最高水温 118.2℃(图4b)。该温泉当时是广东省已探明的温度最高的地热泉,中国地质调查局在该地区进行过干热岩资源潜力评价,认为其地热发电潜力大(范艳霞等,2022)。
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2.2.2 固体矿产资源
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(1)能源矿产
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惠州地区煤矿资源分布于惠阳区和龙门县,主要赋存在石炭系碳质页岩中,煤矿品位低,规模均为小型,没有规模化开采利用。
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(2)金属矿产
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主要为铁、铅锌和铌钽。其中铁矿产地4处,资源量1086.7万t,主要分布在博罗县、惠东县,1个中型规模,3 个小型规模;铅锌矿产地 3 处,资源量 265.67万t,主要分布在龙门,3个均为中型规模;在采铌钽矿有1处,位于博罗县,为中型规模。
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(3)非金属矿产
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主要矿种有建筑用花岗岩、长石、砂岩、水泥用灰岩、页岩、陶瓷土、大理石等。经地质勘查评价的中型以上矿产地 33 处。惠州地区建筑用花岗岩分布面积广,岩性主要为燕山期浅肉红色二长花岗岩,石质一般较好,是建筑石料优质原料。部分地区花岗岩荒料率为 30%,可作为中、低档建筑饰面石材原料。惠州地区水泥用灰岩资源丰富,主要分布在龙门县,资源量达 4.59 亿 t。龙门县华润集团仙女娘石场、光大集团上窝石场规模达大型,塔牌横坑石场规模达中型,灰岩质量较好,CaO 含量为50 %~54%,属优质水泥用灰岩矿。
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图4 黄沙洞地热田水文地质简图(a,据冯流好等,1982⑧修改)及钻孔ZK8(118.2℃)地热孔测温曲线(b)
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惠州地区已建成投产一批大型绿色现代石场,其中博罗县湖镇新围神山矿区为保障粤港澳大湾区基础设施建设、抑制砂石碎石价格、发展地方经济而正式投产的代表性大型绿色石场,该建筑用片麻岩矿(332+333)资源量为 24449.25 万 m3,矿床储量规模为大型,剥采比为 0.14∶1,矿山生产规模为 300万 m3 /a。该矿山解决了惠州地区大型露天矿山资源储量综合利用、开采技术条件、矿区开采标高合理设置、预测采矿活动可能引起的地质灾害等关键问题,开创了大型矿山建设的“惠州模式”,为 2020 年至今广东省其他各地出让的多宗大型建筑石料矿山规划建设及开发利用提供了示范。
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2.2.3 矿泉水资源
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惠州市矿泉水资源丰富,已发现矿产地 17 处,已探明资源储量的10处,分布于惠阳区、惠东县、博罗县及龙门县等县(区),主要为偏硅酸型低矿化度矿泉水,锶质矿泉水在惠城区小金口街道汤泉林场和博罗县公庄镇官山也有出露。惠州地区矿泉水水质优越,水量丰富,开发利用前景广,代表性偏硅酸型矿泉水厂景田百岁山位于博罗县横河镇罗浮山风景名胜区内,该地区为惠州市主要的矿泉水生产基地,地下水赋存于燕山早期第三阶段(γ5 2(3))花岗岩基岩裂隙中,受北东向断裂构造控制,周边地表水补给充足(图5)。景田百岁山各评价井偏硅酸质量浓度分别为36.44~39.92 mg/L、44.23~45. 07 mg/L、 42. 02~42.84 mg/L、46.30~48.21 mg/L 和 38.76~39.36 mg/L,矿泉水生产规模为 63.65 万 m3 /a,可为城市发展提供优质天然饮用矿泉水,具有很好的经济效益。
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2.3 旅游地质资源(含地质遗迹)评价
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2.3.1 旅游资源
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惠州市旅游资源丰富,景点类型多,密集程度高,容量大,山、林、海、岛、湖、温泉、瀑布等自然景观品位高,文物古迹众多,现代旅游设施比较完善。有自然保护地 86个,其中自然保护区 28个(国家级 2个:象头山国家级自然保护区、惠东港口海龟国家级自然保护区),森林公园 47 个(国家级 2 个:广东南昆山国家森林公园、广东梁化国家森林公园),湿地公园 9个(国家级 1个:广东潼湖国家湿地公园),国家级风景名胜区 2 个(广东惠州西湖国家级风景名胜区、广东罗浮山国家级风景名胜区)。全市有 A 级景区 35 个,其中 5A 级景区 2 个,4A 级景区 11 个。惠州市形成以西湖及罗浮山 5A 风景区为代表,以巽寮湾—双月湾海滨度假旅游为特色,以汤泉、龙门温泉等地热资源为康养体验的立体旅游网络。
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图5 惠州地区典型偏硅酸型矿泉水景田百岁山地质图(据冯流好等,1982⑥修改)
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2.3.2 特色地质遗迹资源(恐龙蛋产地及恐龙化石)
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惠州地区分布大面积白垩纪南雄群地层,该地层上部为紫红色厚层状砂砾岩,下部为紫红色厚层状含砾砂岩、粉砂岩、泥岩。惠州市原军分区礼堂内,在挖掘油槽施工时发现白垩纪南雄群紫红色厚层状含砾砂岩中赋存一窝圆形灰色恐龙蛋化石(化石种类Spheroioolithus),化石分两层暴露23枚,单个蛋体直径为 10 cm,因蛋体挤压略扁,壳厚为 1.5~2. 0 mm,有不明显微脑纹,地质时代属晚白垩世,距今 0.75~0.60 Ma,现整窝完好地封存于惠州市博物馆内。2014 年 7 月,惠州首次在白垩纪南雄群砂砾岩中发现甲龙类恐龙化石,该化石埋藏点为惠州市惠城区桥东街道东平二街三丈岗,处于东江南岸。
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惠州市惠东县双月湾连岛沙洲地貌、惠东县黑排角海蚀地貌、罗浮山花岗岩地貌均为颇具特色的地质遗迹资源。2015年惠州市成为历史文化名城,在今后的城市建设中更加应该注重保护地质遗迹,应该开展地质遗迹调查工作,摸清家底。
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2.4 地下空间资源利用评价
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惠州市作为粤港澳大湾区城市群的重要成员、东翼核心城市,与粤港澳大湾区周边城市的融合不断加快,城市建设高速发展,城市土地将会被高度利用,城市建设对地下空间需求问题也将日趋严重。影响地下空间开发利用的因素很多,地质环境条件作为地下空间开发的载体,对地下空间开发建设以及建成后的安全运营起决定作用,是影响地下空间开发的要素。
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2.4.1 影响地下空间开发的主要地质环境要素
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(1)断裂构造对地下空间开发的影响:断裂带岩石破碎,裂隙发育,易形成强渗流区,断裂会降低岩石强度及其稳定性。在基坑开挖或隧道施工等地下空间开发利用时,易产生渗流、管涌事故,在隧道工程穿越破碎带岩石时易产生坍塌。
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(2)软土对地下空间开发的影响:惠州市部分地区有软土发育,厚度为0.40~13.20 m,平均3.24 m,层顶埋深为 0~16.20 m,平均 6.57 m。地下空间开发利用时,基坑开挖易产生侧向变形和剪切破坏,导致支护结构变形或边坡失稳、坑底隆起。对于隧道工程,软土流变性及次固结变形会导致隧道纵向和横向的长期缓慢变形,且变形收敛时间长,使地下空间施工的安全度降低。
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(3)砂性土层对地下空间开发的影响:在砂性土分布地区,地下空间开发利用过程中会遇到流沙、管涌等工程事故,在地下空间开发利用时应予以高度重视。
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(4)风化岩与残积土对地下空间开发的影响:惠州地区建设区域主要为低山、丘陵地貌,建设区主要位于山前冲洪积平原及河路阶地,覆盖层较浅,基岩风化层岩面起伏变化较大,造成地下空间建筑物底板坐落于不同工程性质的岩土层上,易产生不均匀沉降。花岗岩风化土中的“孤石”,对地下隧道的盾构施工造成影响。碎屑岩遇水会出现软化的特点,均对地下工程建设影响较大。
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(5)岩溶发育对地下空间开发的影响:惠州市龙门县龙城街道、平陵镇,惠阳秋长街道、淡水街道,惠城区梅湖、镇隆镇、三栋镇,惠东县凌坑等地发育碳酸盐岩,该区域溶洞、土洞较发育,地下水较丰富,地下空间开发建设会导致岩溶水水位下降,从而引起溶洞、土洞塌陷。在该区域进行地下空间开发将面临施工难度大,风险高、投资大等问题。
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(6)地表水、地下水对地下空间开发的影响:惠州各县区中心城区建设区地表水、地下水丰富,给地下空间开发带来影响。地下空间开发需下穿江河,施工难度大,工程造价高。在地下水位较高的地区开挖基坑和隧道时,含水层被切割,若设计采取措施不当,地下水进入基坑时,易造成边坡失稳、地基承载力下降等不良地质现象。基坑开挖至坑底后,由于上部土体的卸载,坑底被承压水顶破而发生涌砂、隆起的危险。
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2.4.2 地下空间工程地质条件评价
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针对惠州城市地下空间发展,总结以往工程地质资料,对惠州地下空间资源开发工程地质条件进行初步评价。
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(1)惠州市处于Ⅵ度地震烈度区。惠州市历史上未发生过 6级以上地震,但 4级以下地震常见,特别是 1~2 级地震频繁。本区属构造较稳定区,建筑物可按地震基本烈度的有关规定设防,重要构筑物必须按其基本裂度Ⅶ设防。区内松散和松软的砂类土、粉土仅在局部发育,地震时一般不会出现大面积的液化问题。
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(2)区内地下水位埋深一般 1. 0~7.1 m,极个别地段低洼处直接出露地面或埋深小于 1. 0 m。地下水普遍不具分解类腐蚀,仅个别地段对混凝土材料具中等分解性侵蚀。因此在建筑施工时必须根据具体场地情况,切实做好防护工作。
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(3)区内淤泥类软黏性土及新近堆填土承载力低,属软弱地基土类型,一般不宜直接作地基持力层。第四纪冲洪积砂性土、黏性土、粉土承载力偏低,可根据具体场地工程地质勘察结果,选作轻型建筑物地基持力层。红色沉积碎屑岩残积土、一般沉积碎屑岩残积土、花岗岩残积土承载力中等,一般可选作普通工民建筑地基持力层。红色沉积碎屑岩、一般沉积碎屑岩及花岗岩,属软质—坚硬岩石,力学强度高,桩端承载力大,工程地质性能好,是区内重要建筑工程的主要持力层。
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(4)区内发育的灰岩以石炭系测水组及石磴子组为主,部分地区石磴子组被第四系覆盖。测水组岩性为中—厚层状粗—细砂岩夹炭质页岩、薄煤层或煤线,力学强度高,桩端承载力大。石磴子组为浅海台地相碳酸盐岩,岩性为灰白、灰黑色生物泥晶灰岩、含生物粉晶灰岩夹薄层状钙质粉砂质页岩,可能有溶洞存在,施工前应探明工程地质条件。
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2.4.3 地下空间适宜性评价
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根据岩土体条件、不良地质作用、地下水发育情况、地下空间开发诱发地质灾害程度等影响地下空间开发利用的地质条件分级标准(武汉市测绘研究院,2020;李长安等,2020;江胜国等,2021;王建伟等,2022)(表1),对惠州市工程地质资料较丰富区域(1008.23 km2)地下空间适宜性进行了评价。
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(1)浅表层(0~20 m)地下空间适宜性评价
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根据上述评价分级标准及评价原则,对浅表层 (0~20 m)地下空间进行评价,划分出地下空间利用适宜性差、较适宜、适宜3个区(图6)。
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①地下空间利用适宜性差区
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该区域主要分布于龙门县龙城街道、平陵镇,零星分布于惠阳区新圩镇、永湖镇、秋长街道,惠城区三栋镇等碳酸盐岩地区,面积约 73.19 km2,占总评价区面积的 7.26%。该区处于基本地震烈度Ⅵ 区。本区历史上尚未发生过 6 级以上地震,属构造较稳定区。
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该区域岩溶发育,地下水丰富,基岩以石炭系测水组及石磴子组为主,石磴子组被第四系覆盖。该区域有溶洞存在,对工程建设影响大,施工前应探明其工程地质条件。地下空间开发建设诱发岩溶塌陷,需采取较大规模工程防护措施。
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②地下空间利用较适宜区
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该区域主要分布于龙门县龙城街道水贝村、戴屋村—樟潭村、银岗村—永平村—红光村—东升村 —红旗村,惠城区小金口—江北街道—水口街道—河南岸街道、江南街道黄塘村—张新村—光明村,惠阳区秋长街道—淡水街道。大亚湾区西区街道新畲村一带剥蚀残丘、山前冲积平原、河流阶地地貌区及大亚湾区澳头街道—霞涌街道一带海积地貌区,面积约 858.13 km2,占总评价区面积的 85.11%。
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该区域岩土种类较多,分布较不均匀,以填土、冲洪积黏性土、砂土、风化岩及其残积土为主,局部含淤泥类土、碎石土。填土、砂土为中—强透水层,碎石土为强透水层,地下水虽对工程建设有影响,但是通过止水帷幕、降水井等措施可以解决。地下空间开发建设可能诱发的次生地质灾害,采取一般工程防护措施可以解决。
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③地下空间利用适宜区
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该区域分布范围小,零星分布于惠城区小金口街道、三新村、河南岸街道,惠东县东升村—皇后村、惠东县平山镇,大亚湾区西区街道的剥蚀残丘、山麓沟谷平原地貌区,面积约 76.92 km2,占总评价区面积的7.63%。
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该区域土体类型为单一结构,分布均匀,工程性质良好,无不良地质作用及特殊岩土体,场地稳定,0~20 m 区域土层以冲洪积黏性土、风化岩及其残积土为主,均属于弱透水层,地下水对工程建设无影响,地下空间开发建设可能诱发次生地质灾害,但采取简单工程防护措施可以解决,治理简单。
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(2)中深层(20~50 m)地下空间适宜性评价
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该区域第四系土层覆盖层以 10~20 m 为主,中风化层顶埋深一般为 15~25 m,中深层地下空间围岩以强风化、中风化、微风化岩为主,围岩自稳能力好,工程性能良好。除龙门县龙城街道、平陵镇,惠阳秋长镇、新圩镇,惠城区永湖镇、三栋镇等碳酸盐岩地区地下水丰富,地下空间开发易引起地面塌陷等地质灾害问题,地下空间适宜性差。其余区域地下水以贫乏为主,局部为富水性中等,地下水对地下空间的开发影响小,地下空间适宜开发。
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2.4.4 区域地壳稳定性评价
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惠州地区新构造运动不强烈,只表现为断裂的 “复活”或“新生”,第四纪以来地壳处于弱形变或微弱形变过程,总体处于相对稳定状态。区内历史上未发生过 Ms≥6 级地震,地震基本烈度为Ⅵ度。本区的构造稳定性为稳定级。岩土体稳定性主要为稳定级,其次为较稳定级—较不稳定级,局部小范围为不稳定级。地面稳定性则以较稳定级为主,其次为不稳定级、稳定级。由此可见,惠州地区区域稳定性综合评价属稳定级—较稳定级,适宜各类工程构筑物的兴建,是发展大规模经济建设的良好区域。
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3 讨论
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新元古代以来,惠州市所在地区经历了多期次构造运动,在强烈的构造活动及内外地质应力的共同作用下,区内岩石破碎,裂隙发育,为构造裂隙水提供了良好的赋存空间和运移通道。惠州地区基岩分布区普遍赋存基岩风化裂隙水,在充水断裂带、破碎带的有利部位赋存构造裂隙承压水(脉状水)。喜山运动期间,东江、西枝江流域等地伴随地壳升降活动,沉积了一套冲洪积松散地层,其中孔隙率大,透水性好的砂砾层、卵石层,是区内孔隙水的主要储水空间及运移场所(冯流好等,1982⑧;黄树鹏等 1998⑥;陈华强等,2016①),该沉积特征导致在松散岩分布区赋存丰富的孔隙水,成就了惠州地下水资源丰富的特点。
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惠州地处中国东南沿海地带,大地热流背景值较高(范艳霞等,2022),中新生代岩浆活动和断裂构造活动频繁。部分地热井揭露到与深部循环地热流体有着良好沟通的构造裂隙,即地热水来自深部循环热液或受其热传递影响,加上控热断裂为上部封闭型断裂构造(除天然出露处),岩石及其风化带组成的巨厚盖层起到阻缓地热散失作用。良好的地质条件造就了惠州地区地热资源丰富的特点。本研究将黄沙洞地热田作为惠州地热资源的代表进行了分析,黄沙洞已有勘探测温资料分析,研究区正好处于高重力异常区的北缘,处在线性重力阶梯带上,这提示该区可能存在隐伏的深大断裂,中下地壳可能存在热扰动的地质结构。根据大地电磁测深(MT)地球物理勘查资料,研究区出现明显的软流圈隆起现象,说明黄沙洞地热田附近下地壳已经出现热扰动,由此可能导致区域大地热流增大。从钻孔 ZK8 的测温结果显示,在 591.5 m 孔底 118.2℃的基础上,增温率继续呈增大的趋势发展,达 10.4℃/hm,说明在目前深度之下依然存在更高温的地热流体,这也不排除在纯传导传热的情况下仍有较高增温率的可能。惠州地区可以国家《地热能开发利用“十三五规划”》为契机,在城市规划建设中应积极开展地质资源勘查开发利用和保护,通过前沿探索和工程实践,有望取得深层中、高温地热勘探新的突破,不断完善地热能勘查、评估、开采、利用的理论体系。同时探索中低温地热发电颠覆性技术,不断完善地热能高效开发的基础理论,实现地热能“储能—供热—发电”一体化利用。
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天然建筑材料及其他矿产资源是城市赖以生存和发展的重要基础。根据惠州市矿产资源情况、开发利用程度及资源潜力等因素分析,惠州市将承担粤港澳大湾区矿产资源保障工作。惠州保障程度较高的优势矿产资源有铁矿、铅锌矿、铌钽、石灰石、建筑用花岗岩、热矿水等,能够满足城市发展资源承载力需求。其他有色金属、贵金属矿产多为矿 (化)点,煤和石油等能源矿产受成矿地质条件限制,资源潜力较差,需从外地购进解决。城市规划发展中需要重视矿产资源规划研究,保障城市资源承载力需求。
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图6 惠州市地下空间适应性评价分区图(据唐灵等,2021③)
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惠州地区区域稳定性综合评价属稳定级—较稳定级,红色沉积碎屑岩、一般沉积碎屑岩及花岗岩,属软质—坚硬岩石,力学强度高,桩端承载力大,工程地质性能好,是区内重要建筑工程的主要持力层。第四纪冲洪积土分布区,存在淤泥层,厚度小,承载力普遍偏低,力学性质差异大,故不宜选作地基持力层,重要工程一般应穿越该层。惠州有着较适宜开发的地下空间资源,浅表层(0~20 m)地下空间较适宜区域占比为 85.11%,适宜各类工程构筑物的兴建,是发展大规模经济建设的良好区域。为此,惠州在推进智慧城市建设中需要着力规范、优化地下空间开发利用,有助于全面提升城市品质。作为现阶段多要素城市地质调查的试点城市,结合城市发展、城市地质发展及国家政策,在地下空间调查领域,还需加深三维地质基础调查研究,加强多要素城市地质综合调查,提高地质灾害监测预警水平,扩大城市地下空间调查范围,建立地下空间信息化管理平台,为合理利用城市地质资源提供地质科学依据。
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4 结论
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(1)惠州市地下水资源丰富,在惠城区有江北水源地和西枝江水源地两处应急水源地可在城市规划发展中作为备用水源地保护和开发利用,江北水源地单孔涌水量 336.4~2040 m3 /d,平均 1188.2 m3 /d,允许开采量为 6.2 万 m3 /d。西枝江水源地单孔涌水量156.8~2160 m3 /d,平均1158.4 m3 /d。西枝江水源地允许开采量为7.9万 m3 /d。惠州地区矿泉水资源主要以偏硅酸型为代表,水质优越,具有开发潜力。惠州地区地热资源分布广,资源储量大,地热田受深大断裂及岩体分布控制和影响,总体呈北东向串珠状展布,局部受北西向和东西向构造带影响而改变。其中黄沙洞钻孔 ZK8 温泉井底水温达 118.2℃,是广东省已探明的温度最高的地热泉,且已在该地区进行过干热岩资源潜力评价,地热发电潜力大。惠州地区城市规划发展中具备发展地下水、饮用天然矿泉及地热资源开发利用的自然禀赋。
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(2)惠州市非金属建材矿产资源比较丰富,在粤港澳大湾区建设石料保障贡献了资源,开创大型绿色石场建设“惠州模式”。其他有色金属、贵金属矿产多为矿(化)点,尚处在勘查评价当中,需进一步加大勘查力度,运用新理论、新方法和新技术寻求找矿突破,做好铅锌矿、铁矿及稀土铌钽矿重点保护和资源储备。城市规划发展中需要重视矿产资源规划研究,保障城市资源承载力需求。
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(3)惠州市城市旅游资源丰富,景点类型多,密集程度高,容量大,形成以惠州西湖及罗浮山 5A 风景区为代表,以惠东县巽寮湾—双月湾海滨度假旅游为特色,以惠州市汤泉温泉、龙门县温泉等地热资源为康养体验的立体旅游网络。惠东县双月湾连岛沙洲地貌、惠东县黑排角海蚀地貌、博罗县罗浮山花岗岩地貌、白垩纪南雄群中发育的恐龙蛋及恐龙化石均为特色地质遗迹资源,城市规划建设中应该注重保护地质遗迹。
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(4)惠州地区区域稳定性综合评价属稳定级— 较稳定级,适宜各类工程构筑物的兴建,是发展大规模经济建设的良好区域。惠州有着较适宜开发的地下空间资源,浅表层(0~20 m)地下空间较适宜区域占比为 85.11%。总体而言,惠州地区地质结构稳定,地震少,区域稳定性和工程建设适宜性总体较好,地下空间开发利用条件优越,适合规模化开发。
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致谢 两位审稿人和编辑对本文提出了建设性意见,论文编写过程中得到中国科学院广州地球化学研究所陈键副研究员、广东省有色金属地质局九三五队张敏高级工程师和王孝亮工程师的大力支持,在此一并表示感谢!
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注释
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① 陈华强,邓红,曾伟波,朱远平.2016. 广东省惠州市城市地质调查报告[R]. 惠州:广东省有色金属地质局九三五队.
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② 祁士华,张敏,曾土荣,陈孝雄,刘松涛,李立峰,陈华强 .2018. 惠州市申报国家地热资源及中等城市地下空间开发利用试点示范城市调研报告[R]. 惠州:惠州市国土资源局.
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③ 唐灵,李玉才,张敏,李伟荣,李小煌 .2021. 惠州市城市地质调查试点工作(2020-2021年)[R]. 惠州:惠州市自然资源局.
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④ 陈华强,张深,胡孝奎,林长慧.2023. 惠州市矿产资源总体规划 (2021-2025)[R]. 惠州:惠州市人民政府,广东省有色金属地质局九三八队.
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⑤ 雷静,徐驰,游梦琦,赵树辰,聂思航.2022.《惠州市水资源综合规划修编(2022—2035年)》[R]. 惠州:惠州市水利局.
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⑥ 黄树鹏,黄仁志,卢耀东.1998. 泰美幅、惠州幅1∶5万水文工程环境地质综合勘查报告[R]. 惠州:广东地质局水文工程地质一大队.
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⑦ 邓高.2013. 广东省惠州市惠城区黄沙洞地热田详查报告[R]. 广州:广东省地质技术工程咨询公司.
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⑧ 冯流好,陈俊贞,黄关佑,陈保林.1982. 中华人民共和国区域水文地质普查报告(1∶20 万惠阳幅)[R]. 广州:广东省地质矿产局水文工程地质一大队.
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摘要
惠州市作为粤港澳大湾区城市群的重要成员,具备丰富的城市地质资源。本文基于国家试点城市地质调查成果,提出以地热资源为突出特点的城市地质资源评价体系,为惠州市进一步开展城市地质调查提供方法指引,为惠州市城市发展、国土空间规划提供重要资源保障。本文结合惠州地下水资源、地热资源、惠州断陷盆地城市格架及粤港澳大湾区重要矿产资源保障城市的实际地质属性,初步评价惠州地区地下水、地热资源、矿产资源保障能力、旅游地质资源(地质遗迹)、地下空间资源等与地质作用相关的自然资源潜力。评价结果显示,惠州地下水资源丰富,地热资源分布广,资源储量大。横沥镇黄沙洞地热井水温达 118. 2 ℃,是广东省已探明的温度最高的地热泉,且已进行过干热岩资源潜力评价,地热发电潜力大。惠州地区矿产资源种类丰富,优质的偏硅酸型矿泉水资源及大型绿色石场开发利用保障了粤港澳大湾区基础建设的物质需要。惠州地区地质结构稳定,具有较好的区域稳定性和工程建设适宜性,且地下空间开发利用条件优越,适合规模化开发。
Abstract
As a significant city of urban cluster within the Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area (GBA), Huizhou has an abundance of urban geological resources. Based on the national geological surveys on pilot cities, this article presents an evaluation system for urban geological resources with a focus on geothermal resources. This evaluation system provides a methodological guidance for further urban geological surveys and the vital resource guarantees for the urban development and territorial spatial planning in Huizhou. This study conducted a preliminary evaluation on the potential of natural resources related to geological processes in Huizhou, including groundwater, geothermal guarantee capacity on mineral resources, tourism geological resources (geological heritages), and underground space by integrating the local geological features such as groundwater and geothermal resources, urban framework of the fault basin and a supplier of mineral resources in the GBA. According to the evaluation result, Huizhou possesses abundant groundwater and geothermal resources, each with substantial resource reserves. The Huangshadong geothermal well in Hengli Town has a water temperature of 118. 2℃, the highest recorded temperature of geothermal spring in Guangdong Province. The evaluation of the dry hot rock resources in this area indicated a great potential for geothermal power generation. Being rich in mineral resources, Huizhou meets the requirements of infrastructure construction in the GBA by providing high-quality silicic-acid mineral water and building stone maferials. Stable geological structure, appropriate engineering construction condition and excellent underground space in Huizhou, make it a suitable location for large-scale development.