0  引  言

地下空间是地表土地的向下延伸，是自然资源的重要组成部分，是我国社会经济发展所依靠的战略性空间资源。地下空间资源是生态文明发展阶段实现经济高质量发展的重要资源保障，可以解决土地资源短缺、缓解人地紧张关系、提高生态环境质量、提升城市韧性和治理能力、化解城市重大风险挑战、优化地上地下国土空间开发格局、解决能源稳定储存粮食长期储备危险物品安全处置的难题。

我国经济发展已由高速增长阶段转向高质量发展阶段。生态文明建设上升到国家战略，对地下空间等自然资源的集约高效利用和有效管控提出了新的要求。自然资源部统一履行全民所有自然资源资产所有者职责，对地下空间资源统一调查和确权登记，建立自然资源有偿使用制度，建立全国“一张图”的空间规划体系，统筹国土空间保护和利用格局，需要从国家层面全面掌握我国地下空间资源本底、开发利用现状、资源潜力及生态环境。

1  我国地下空间资源开发利用现状

1.1  地下空间资源的范畴

地下空间资源可分为既有地下空间资源和待开拓地下空间资源。既有地下空间资源是指地表以下天然形成或经人工开发而成的已有空间，从形成方式可分为矿山开采遗留空间、油气开发残留空间、溶岩溶蚀洞穴空间等天然地下空间、人类历史时期形成的古遗迹空间等；从结构和形态上来区分，地下空间可以分为不规则空腔空间，地下开拓巷道空间及以裂隙、孔隙形态空间。待开拓地下空间指的是地下岩土中现有技术经济条件能开发利用的潜在资源，主要包括城市发展需要开发的地下空间以及战略需要在花岗岩等岩基中开拓的地下空间（图1）。

图 1 地下空间资源分类

Fig.1 Classification of underground space resources

1.2  我国地下空间资源开发利用现状

21 世纪以来，我国地下空间开发利用进入了快速增长阶段，其建设规模之大、建设速度之快、建设难度之高，史无前例，一些指标甚至位居世界前列，处于典型的地下空间扩张期。

既有地下空间资源方面，我国既有地下空间存量巨大，截至2016年底，根据采出煤炭总量估算煤矿采空区地下空间约，经过长时间的盐矿开采形成空间估算为，其他金属和非金属潜在可利用空间约。矿山地下空间利用方面，仅在陕西、山西、江苏等地零星开发和规划了矿山地下公园，停留在参观层面，在地下养殖、科学实验、储能方面，已有企业和学者进行了探索和研究。我国目前建设了25处地下储气库，其中盐穴型1处，储气库调峰储量约。2030年，全国天然气调峰需求量将达到，我国现有地下储气库调峰设施仍旧不足，地下储气库进一步建设的需求仍旧不小。针对深部咸水层二氧化碳地质封存，我国在机理研究、储气量评估、安全稳定性评价方面开展了研究，仅在鄂尔多斯开工建设了示范项目。地下压缩空气储能方面，国内由于缺少地下储气库，工程技术尚未开始推广。废液深井回注以及深部基岩放射性废料处置等理论研究均已开展，但工程实践尚处于落后局面。

待开发地下空间方面，我国城市地下空间建设成绩斐然，基岩下战略地下空间开发程度较低。我国城市地下空间建设始于20世纪50年代的防空地下室，目前以地铁为主导的轨道交通、综合管廊为主导的地下市政等快速崛起，地下空间开发已经呈现规模化发展态势。2019年，我国城市地下空间建筑面积年增量约，主要集中在以特大、超大城市为龙头的京津冀都市圈、长三角城市群、粤港澳大湾区。

东部地区面广量大，功能完备，类型齐全；中部、东北地区初步建立地下空间治理体系。基岩下战略地下空间方面，中国开展了高放废物处置库选址和场址评价系列研究，取得了一定认识，目前处于废物处置技术研究阶段。

1.3  我国地下空间资源调查评价现状

在 2002 年启动的第一轮城市地质调查工作中，开展三维地质调查，评价地下空间资源开发利用的适宜性，地下空间资源容量、质量、价值以及地下空间开发潜力等。初步掌握北京、天津、南京、广州等大城市地下空间开发利用现状、地质适宜性、开发潜力及可开发资源量等状况，形成一系列城市地下空间资源评价技术方法[20]，对之后开展城市地质调查和地下空间资源评价提供了借鉴和参考。

2017年，原国土资源部印发《关于加强城市地质工作的指导意见》，部署安排示范城市开展多要素城市地质调查，探索完善城市地下空间资源开发利用模式和管理制度。截至2019年底，完成全国337个主要城市地下空间资源概略评估，可开发地下空间资源，可置换表土地面积。基本查清我国可溶岩分布范围和面积，收集了全国主要大型岩溶洞穴分布位置和基本属性，其中在长江经济带收集了3000余个岩溶洞穴基本资料，编制了长江经济带大型岩溶洞穴分布图和岩溶旅游洞穴分布图。

2015年，在原国家安全生产监督管理总局的部署下，对我国在产在建金属非金属矿地下采空区进行了专项普查，全面摸清了国内金属非金属矿山地下采空区规模、分布及安全状况等情况，并进行了金属矿山地下空间资源量估算。

自2010年起，中国地质调查局先后部署全国二氧化碳地质储存潜力评价与示范工程、深部咸水层二氧化碳地质储存关键技术研究、准噶尔等盆地二氧化碳地质储存综合地质调查等项目，初步建立了二氧化碳封存地下空间调查评价体系。

2  当前存在的问题

2.1  缺少国家层面顶层设计

目前，从国家层面对地下空间开发还处于自由开发阶段，缺少规划性控制和引导，出现了先用先占、浅层挤满、开发无序、资源浪费等现象，致使后续的开发利用成本上升、风险增加、管控艰难。国内还没有将地下空间作为战略资源进行长远的规划和开发布局，不论是法律法规、技术标准、开发导则、开发管控等方面整体是缺失的，这是地下空间开发利用中出现诸多问题的根本原因。国家层面尚未对城市地下空间的分层和准许开发深度进行明确，确保区域生态环境安全。不论是城市地下空间，还是储藏及其他特殊用途地下空间，都缺少明确责权利相关法律。

2.2  系统的地下空间资源调查和评价尚未开展

所有地下空间资源的开发利用活动都是在地质体中进行，地质条件对地下空间开发利用的整体安全性和经济性和地下空间资源利用难易程度起决定性作用。目前，土地、矿产、森林、草原、地下水等自然资源的调查工作基础较好，但地下空间资源调查尚未系统开展，仅在大部分地级市及少数县级市开展了以三维地质调查为依托的城市地下空间资源调查。城市地下空间探测深度普遍在当下工程需求的50m以浅，对深部地下情况探测、认识不足；矿山采空地下空间资源在生产过程中进行了简单测量，未进行精确调查；致密岩体战略地下空间资源的调查亦未系统开展 , 城市群周边、花岗岩分布区等重点开发目标区的地质认识不能满足地下空间资源的开发工作。

2.3  现有资料集成管理难度大

既有地下空间矿山开采资料分散在地矿、冶金、有色、煤田、化工、建材、油气等原工业地勘部门，队伍属地化后资料更加分散。以地下空间资源储量最多的煤矿为例，目前我国关闭煤矿存在着资源家底不清，煤矿资料信息化程度不高等诸多问题。岩溶地下空间可利用资料极少。古遗迹地下空间资料零星，以建设过程中的偶然发现为主，资料多在考古部门或旅游部门，城市已开发利用地下空间分散在不同应用部门。待开拓地下空间城市地区以工程勘察资源为主，集中的建设区域、深度浅（多数小于50m）、要素少、可靠性不足，地下地质单元的划分以及地质单元之间边界、单元内部建立信息档案。各类地下空间资源调查数据多源异构，数据量大，资料分散，精度不统一，尚未建立完整统一协调的数据融合机制和技术支撑体系。实用的全要素三维数据库建设，一体化三维建模技术尚不成熟，难以有效涵盖多源地下空间要素信息并实现更新，难以实现有效管理。

2.4  地下空间资源调查和探测技术体系尚不成熟

目前，针对地下空间资源的探测深度、探测精度与可靠程度均难以支撑地下空间资源评价、区划和开发，难以进行地下空间资源科学利用。地下空间资源类型多样，地下空间资源评价目的和目标应各有不同。针对城市地下空间资源的评价工作程度较高，针对城市总体规划、区域规划、详细规划和工程场地等不同阶段、不同尺度的城市地下空间开发利用，北京、上海等大城市开展了地下空间资源适宜性、质量和潜力等的定性定量评价工作，但是，由于评价目的各不相同，应用方向也各不相同，统一的城市地下空间资源评价体系尚未建立。而对于采空地下空间和致密岩体战略性地下空间资源的评价，基本处于空白阶段，尚无成熟评价方法，无法支撑国土空间规划和地下空间资源科学安全利用。

地下空间资源的概念、内涵尚未界定。类型划分、功能用途、指标体现，分类体系尚未建立。各类地下空间资源的调查技术体系相对独立，对城市地下空间、既有地下空间、战略地下空间等地下空间资源全要素的界定、技术要求、采集方法等也不尽相同，地下空间资源要素基本边界划定方法和要求尚未统一明确。既有地下空间没有从资源的角度进行系统调查评价，对调查的指标、调查的技术方法、调查的尺度、调查的技术标准基本空白，缺少针对城市地区抗干扰能力强、获取要素多的成熟技术。

2.5  缺乏地下多种资源协同利用研究

在地下空间开发利用过程中，往往面临地热资源、优质地下水资源、地下文物古迹资源以及关键矿产资源、材料资源等多种资源的协同利用与保护问题，地下多种资源存在空间、时序方面的多种冲突，如果认识不清、评价不当，将导致资源的浪费或破坏，地下空间资源利用的效能难以实现最大化。目前，对于地下多资源相互作用机理研究缺乏，无法有效支撑地下多种资源协同开发利用。

3  地下空间资源调查总

3.1  地下空间资源调查目标

全面、系统调查和评价地下空间资源，全面掌握我国地下空间资源的分布和特征，是科学规划、安全开发利用地下空间资源的基础，也是一项集系统性、复杂性、差异性于一体的科学研究，需要在调查技术方法和评价理论方面实现突破，形成技术体系和标准，支撑地下空间资源安全科学开发和利用。

查清我国城市地下空间、矿山地下空间、战略储藏地下空间等资源状况。形成地下空间资源赋存特征及地下空间分布数据库，开展城市地下空间资源地质条件适宜性与开发利用可行性调查评价，建立地下空间调查技术及资源评价规程（图2）。

图 2 地下空间资源调查阶段目标

Fig.2 Phase targets of underground space resources investigation

3.2  地下空间资源调查工作思路

1）城市地下空间资源调查。城市地下空间资源是满足城市集约开发利用的重要保障，因此查明城市不同区域地下空间资源的质量，开发的难易程度以及开发潜在风险，从地质安全的角度对区域地下空间开发的规划功能分区、建设项目布局、纵向分层管控提出建议，是保障城市地下空间开发的必要条件。

针对不同地质条件、不同需求类型城市开展城市地下空间资源调查评价，基于三维地质调查建立城市地下空间全要素，构建以类型、规模、形态、深度、空间介质、空间充填物等为核心的调查指标体系，针对待开发地下空间，在0～50m、0～200m不同立体空间尺度，构建统一的涵盖地质结构、参数、场等在内的地下空间全要素探测指标体系、技术体系；综合评价城市地下空间资源的规模、品质、品级及可开发强度等；探索开展以城市地下空间资源、地热资源、水资源和地质材料资源为主体的地下全资源协同利用评价；建立基于GIS空间分析的地下空间资源区划技术方法，划定城市地下禁止、限制与适宜开发界线；在调查评价的基础上，分析地下空间开发的地质环境效应，提出影响地下空间安全利用的控制性指标，建立监测指标体系；攻关城市复杂环境下地下空间精细探测技术，形成不同类型城市地下空间资源探测评价技术方法体系。

2）既有地下空间资源调查。煤炭是我国主体能源，经过数十年的开采，形成了大体量的地下空间，如何有效利用不断产生的煤矿地下空间并实现资源枯竭型城市转型升级是目前亟待解决的问题。金属矿产一般赋存于中硬硬岩中，金属矿山开采形成的地下空间一般具备一定的自稳能力，因此具有相对较好的可利用性和开发潜力。盐矿地下空间在国家油气战略储备、能源安全等方面作用巨大，且盐岩地层拥有比其他岩石更为致密的结构、更为良好的封闭性能，在储存能源和废弃物方面具有投资省、占地少、安全性好、易存储的特点，对于保障国家能源安全和促进国家“碳达峰碳中和”具有较好的基础数据支撑作用。因此需要查明各类矿山地下空间资源的分布、质量，开发的难易程度以及安全程度，从生态环境和自然资源综合利用的角度对矿山地下空间的合理开发、调查评价和综合利用提出对策建议。

系统梳理全国代表性煤矿、金属矿、盐矿地下空间资源状况，选择典型煤矿矿区开展煤矿采空地下空间资源调查评价，选择重点金属矿山开展矿山地下空间资源调查评价，选择典型盐矿开展盐穴地下空间资源调查评价，掌握各类矿山遗留地下空间的分布、规模、空间形态、成因、围岩类型、地下水情况等，形成地质档案；评价各类矿山地下空间资源开发利用适宜性，形成矿山采空地下空间调查和评价技术体系。通过三维地质建模等技术，建立地下空间资源信息系统，以政府需求为导向，形成矿山地下空间开发利用的建议，为相关领域的实际需求提供国家层面的技术积累和资源储备；形成矿山地下空间调查评价的技术方法体系。

3）坚硬基岩地下空间资源调查。基岩地下空间由于其坚固性、稳定性、密封性，尤其适合于战略、军事物资储藏，油气储存、核废料储藏等功能。而我国山地丘陵面积占国土总面积的43%，全国主体功能区规划的18个重点开发区域，12个都是山地或丘陵地区。坚硬稳定的花岗岩岩体在我国约占国土面积的9%，达80多万km²，主要分布于我国东南地区，基岩山体下地下空间对于物资储藏、能源储存、废物处置等方面的功能开发大有可为。

开展致密岩体分布区战略储藏地下空间资源调查评价，查明围岩性质、地质构造、水文地质条件等，针对大型地下基础设施、地下油气储库、地下核废料等特殊物质储库的选址建设需求，为国家战略储藏地下空间资源的开发利用提供保障。

3.3  地下空间资源调查技术设计

1）统一精细探测指标。综合考虑地下空间资源调查监测指标，对不同类型、不同人文干扰环境下的地下空间资源精细探测要素进行分类研究。对已有地下空间的类型分类、规模形态、空间介质、空间填充物及特殊性指标；待开拓地下空间资源的岩土体类型、地质结构特征、物理力学等参数以及场属性等调查监测指标进行统一规定，研究编制地下空间资源调查分类标准、资料收集整理规程、探测要素指标体系、探测技术组合方法、探测技术规程、常规监测技术规定、互联网 + 平台接口标准、三维测量扫描工程化应用规范、成果质量检查标准等，建立地下空间全要素探测技术标准。

2）多源数据汇聚整合。利用云计算、大数据、AI、AR等信息技术，充分考虑既有地下空间信息种类繁杂以及地下全要素探测数据海量、异构、多源、多时相、多尺度等特征，针对语义、精度、格式等不一致性的问题，基于地学统计、统计 - 机理、多尺度分析、信息论等方法，建立分布式异构多源数据动态集成框架，研究多源异构数据集成中间件，形成（半）自动化专题数据整合软件系统，实现多源数据化融合处理；构建既有地下空间全要素数据平台与多源数据整合软件系统，提升专题数据整合质量与效率；研发智能化人机协同解译技术，集成城市地下管网、地下人防、BIM等众源大数据，构建地下地质与地下空间数据库，实现地下空间资源信息处理的自动化、智能化水平提升。

3）一体化智能建模与场景构建。通过地上地下一体化三维建模技术（BIM+GIS），基于钻孔、地质剖面等多源信息的地质模型自动化构建技术等建立地下三维地质结构模型、工程地质结构模型、水文地质和水流场模型，以及地下温度场、地球物理场模型；通过三维激光扫描、物探反演等技术构建地下已有空间分布三维模型并与地下地质模型进行耦合，实现地下地质结构、空间结构、场和已有地下空间的透明化；通过基于模型的地质结构单元划分，建立各地质单元的地质档案，实现地下空间资源空间、语义、管理、服务等一体化表达、存储、管理与信息共享。

针对地下空间开发利用不同应用场景的需要，基于多元异构三维数据动态融合，实现地区级、县市级、片区级、场地级多尺度三维场景快速构建，表达不同精度下地下空间全要素的三维分布构成，实现多种场景下的资源评价、区划、规划、设计等服务需求。

4）三维要素分析与提取。基于已建立的三维指标体系，在全面分析各个评价要素对地下空间开发的影响机理的基础上，选取相适应的单个三维空间分析方法或方法的组合便于下一步评价信息的提取。通过多源数据融合数据库，利用三维插值分析、三维统计分析、三维趋势面分析、三维距离场分析等分析方法对评价要素进行三维空间分析。在已建立的三维空间分析模型和方法组合基础上，基于离散化的三维块体模型，进行地下空间资源相应三维评价要素的信息提取，从而获取地下空间资源三维评价数据集。

5）资源评价与多目标数据出口。从地下空间资源开发利用的地质适宜性和风险性出发，甄选地下空间地质要素，集成监测数据，基于三维地质模型、已有空间模型，结合构造演化与展布分析工程、水文大数据构建基岩地质 - 工程分级体系，分别建立地下空间基岩和第四系评价模型，利用层次分析、GIS-模糊综合评价等方法构建地下全空间评价体系，对已有地下空间的开发潜力、可利用程度、开发功能进行评价，对待开发城市地下空间进行地下生态环境评价、关键要素评价、地质风险评价。

针对地下空间资源与地质环境动态的复杂耦合关系，充分利用大数据、人工智能、机器深度学习等先进技术，进行多模型的相互融合，攻关三维动态评价与自适应多要素属性建模技术瓶颈，针对政府部门、专业技术部门等不同目标，实现地下空间资源属性建模与四维时空演化的模拟与预测，动态评价地下流场、热场、应力场的安全风险程度，为地下空间资源科学规划及实时支撑地下空间安全利用提供支撑。

4  结  论

合理开发与安全利用地下空间资源可以拓展城市发展空间、优化城市空间布局、提高土地利用效率、恢复地表生态环境、增强城市韧性、完善城市治理体系，在城市生态文明建设和高质量发展中发挥关键性作用。

在推进生态文明建设，逐步健全自然资源资产产权制度的背景下，自然资源部应代表国家履行“两统一” 职责，统筹开展地下空间资源调查，掌握全国地下空间资源的数量、质量、分布、权属、保护和开发利用状况，及时跟踪变化情况。

全面、系统调查和评价地下空间资源，全面掌握我国地下空间资源的分布和特征，是一项集系统性、复杂性、差异性于一体的科学研究，需要围绕统一的自然资源调查监测体系，结合试点工作根据城市地下空间规划、建设、运营管理需要，研究形成完善的城市地下空间调查与监测、数据库建设与更新等技术路线。编制城市地下空间调查审批建设全过程监测与地下空间地质环境监测技术规程和数据库标准，开展常态化监测和分析评价工作。

作者简介：王睿（1992―），男，山西太原人，工程师，硕士，主要从事城市地质与地下空间评价工作

E-mail：wangr@mail.cgs.gov.cn

本期回顾