(1)富硒耕地资源优势显著, 可有力支撑富硒产业发展。泛珠三角地区富硒土壤优势显著, 已查明富硒土壤4 250万亩^①(① 1亩≈ 0.066 7 hm²), 主要分布在广东省肇庆、江门、化州、中山、惠东、台山及普宁, 广西南宁武鸣和西乡塘区西部、钦州钦南区中东部、北海合浦县西部和南康盆地中部、桂平和玉林中部, 以及海南文昌— 琼海— 万宁— 琼中— 澄迈一带(图1)。查明优质耕地1 858万亩, 圈定富硒优质耕地875万亩, 主要分布在广州市、江门市, 南宁市、北海市, 海口市、琼海市等地。在上述富硒区可着力发展富硒产业, 实现“ 产业兴旺、生态宜居” 。

图1

Fig.1

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	图1 泛珠三角地区富硒土壤资源分布Fig.1 Distribution of selenium-rich soil resources in pan-Pearl River Delta

(2)地下水资源丰富, 水质总体优良, 应急/后备供水保障能力强。泛珠三角地区已查明地下水天然资源补给量为1 431亿m³/a, 可开采资源量为817亿m³/a。广东地下水资源丰富, 天然资源量为469亿m³/a; 广西地下水资源较丰富, 多年平均资源量达123亿m³/a, 可开采资源量为55亿m³/a, 超过62%的区域地下水富水性达中等至丰富; 海南岛地下水天然补给资源量总计158亿m³/a, 可开采资源量总计60亿m³/a, 主要分布在琼北盆地及滨海平原区, 已圈定海口长流、文昌东郊、三亚高峰农场等7处应急/后备水源地, 可采资源量共计7.8× 10³万m³/a。

地下水水质总体优良, 但广东局部区域(如珠江三角洲、韩江三角洲局部地区)存在水质咸化、海水入侵和水质恶化问题, 应密切关注; 同时, 粤北岩溶石山、雷州半岛等地的“ 工程性缺水” 和红层盆地、沿海基岩裸露区的“ 水源性缺水” 问题有待解决; 广西水质较差区主要分布于防城港、钦州、北海沿海地区及南宁市邕宁县局部地区, 水质极差区仅零星分布于南宁伶俐镇、吴圩镇, 北部湾沿海一带; 海南岛的水质较差、极差级呈零星点状分布于乐东、东方、三亚等沿海第四系松散层及琼北部分火山岩地层中。

(3)地质遗迹类型较多, 典型稀有, 价值高, 可助推旅游产业发展。区内地质遗迹资源丰富, 拥有省级以上地质遗迹262处, 内含世界级6处、国家级57处; 其中广东158处, 广西97处, 海南7处, 主要集中分布于广东珠江三角洲、广西东北部及海南环岛地区。特色地质遗迹有丹霞、岩溶与火山地貌及海岛等。

地质遗迹资源是支撑旅游产业的重要基础, 如广东丹霞山地质公园建成后, 游客数增长近5倍, 大大拉动了当地经济发展。目前区内地质遗迹资源开发程度总体较低, 虽已建成地质公园35个、矿山公园25个, 但仍有大量的地质遗迹景点有待及早开发。

(4)地热资源保有量大, 可开采量较大, 有利于清洁能源产业布局和发展。泛珠三角地区地热资源以水热型为主, 出露点多、面广, 迄今已发现地热点406处, 最高温度达到了118 ℃。类型可分为隆起山地型和沉积盆地型, 主要分布于广东潮州— 韶关、中山— 阳江及雷州半岛一带, 广西南部和东部, 海南中部、南部及沿海地区。

区内水热型地热资源量较大, 仅粤桂地区资源总量合计达4.9× 10²⁰ J, 折合标准煤168亿t。全区可采地热总量9.7× 10¹⁸ J, 折合标准煤3.3亿t。目前区内地热资源开发利用程度普遍较低, 如海南目前开发利用资源量仅占可采资源量的5%, 且开发利用模式单一, 利用率低, 大部分仅用于洗浴疗养和旅游服务。地热资源综合开发利用潜力大, 有利于清洁能源产业的合理布局和发展。

(5)海岸带资源禀赋优越, 但局部存在海岸侵蚀、淤积等环境地质问题。泛珠三角地区海岸带资源禀赋优越。大陆海岸线全长7 866 km, 约占全国大陆岸线总长的43%。初步查明区内滨海湿地面积118万hm², 拥有210多处优质港湾资源。区内滨海风光旖旎, 旅游资源丰富, 如三亚天涯海角、北海银滩等滨海旅游度假区、金海湾红树林、珠海淇澳岛红树林、涠洲岛珊瑚礁、合浦海草床等大批生态旅游资源。随着该地区经济活动的不断加剧, 区内近年来有人工岸线增加、自然岸线减少的趋势, 局部地段存在海岸侵蚀、航道及港湾淤积、海水入侵、生态退化等环境地质问题。

(6)矿产资源区域特色鲜明, 海上能源资源开发潜力大。泛珠三角地区目前共发现矿产150余种, 拥有广东韶关铅锌矿、桂西南锰矿、桂西南铝土矿、广西河池钨锡锑多金属矿和贺州稀土矿等5个国家能源资源基地, 已探明资源储量铅锌矿1 000万t, 锰矿4亿t, 铝土矿10亿t, 锡矿72万t, 稀土矿17万t。此外, 区内海域天然气水合物、石油及页岩气等战略性资源开发潜力大。

(7)工程地质条件整体较好。泛珠三角地区区域地壳稳定性整体良好。稳定、次稳定区占全区面积的93%, 不稳定区面积1 454 km², 仅占全区面积的0.3%, 不稳定区主要分布于广东南澳和海南海口市东寨港。粤港澳大湾区、北部湾城市群、海南国际旅游岛工程地质条件好, 全区98.8%的面积适宜或基本适宜城镇与基础设施建设, 仅局部地区受岩溶塌陷、活动断裂、崩塌、滑坡、地面沉降等影响, 城镇与基础设施建设适宜性差, 面积约1 869 km²。

泛珠三角地区的局部区域崩滑流地质灾害较发育, 已查明的地质灾害隐患点有22 029个, 威胁到283多万人的安全, 潜在经济损失可达238亿元。2005年以来, 区内共发生较大规模的崩滑流地质灾害10 399起, 导致死亡/失踪784人, 伤480多人。灾害主要发育在粤东西北山地和珠江三角洲工程活动强烈区, 桂东南花岗岩、碎屑岩区, 桂中、桂北碎屑岩区, 以及海南五指山区。

粤桂两省(区)局部地区岩溶塌陷发育。目前已查明岩溶塌陷4 300多处, 主要分布于广州、佛山、肇庆地区和柳州、玉林、桂林等地。受岩溶塌陷威胁人数达43 000多人, 潜在经济损失可达8亿多元。岩溶塌陷多发生在6— 9月, 主要诱发因素为地下水位突变和强震动。随着人类工程活动的加剧和极端气候的增加, 岩溶塌陷有加剧趋势。受岩溶塌陷威胁的城市主要有桂林、柳州、贵港及广州、佛山、肇庆等。

此外, 珠江三角洲、雷州半岛和南宁等局部地区存在地面沉降、胀缩土、水土污染等环境地质问题。

(1)广西江平水源地的构造背景。江平盆地区地貌形态主要受构造和岩性控制, 以砂岩、泥岩叠置的构造剥蚀丘陵为主, 边缘地区有部分低中山地, 北高南低。盆地内地表水系源短流少, 地下淡水主要为风化带裂隙水, 风化裂隙带发育深度一般为20~30 m。地下水资源贫乏, 单井涌水量一般小于60 m³/d。一直以来, 防城港地区地下水资源匮乏, 尤其在红层盆地更是如此。在江平红层盆地中施工的13号水文孔(JP-13)孔深150 m, 在72.8~78.69 m见构造破碎带, 由紫红色泥质粉砂岩组成, 胶结一般, 角砾呈棱角状。揭穿断裂带后水量急剧增加, 达1 354 m³/d, 水质清澈, 除pH值略偏酸性外, 其他指标均符合生活饮用水卫生标准(GB 5749— 2006)。这是在广西红层盆地内获得的罕见的大流量水文孔, 是红层盆地找水的一大突破。

江平盆地呈椭圆状, 长轴为NE向。盆地内出露侏罗系, 是一套内陆河湖相红色碎屑沉积, 总厚度大于884 m。地层倾向南, 倾角一般为15° ~25° , 构成单斜构造。盆地东北部发育NE向断裂, 断裂倾向南东, 倾角45° ~60° , 出露长度约5 km, 在含水盆地内为隐伏断裂, 是一条长时期活动的区域压扭性断层(图2)。

图2

Fig.2

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	图2 江平盆地地质略图Fig.2 Geological sketch of Jiangping Basin

(2)岩石破裂与储水空间的形成。岩石破裂形成的裂隙空间是致密岩石含水的基础。单轴压力试验表明, 岩石的破裂过程大致可分为孔隙压缩、弹性变形、体积膨胀和临震4个阶段(图3)^[1]。

图3

Fig.3

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	图3 单轴压力下岩石破裂过程示意图[1]Fig.3 Schematic diagram of rock fracture under uniaxial pressure [1]

岩石的破裂过程中应力(σ )应变(ε )划分为裂隙压密、弹性变形、微观劈裂和宏观破裂4个阶段(图4)^[2], 其中微观劈裂阶段即对应体积膨胀阶段。

图4

Fig.4

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	图4 岩石压力试验应力应变曲线[2] σ 1— 比例极限; σ 2— 弹性极限; σ 3— 强度极限; σ 4— 剩余应力; H— 应变硬化; S— 应变软化Fig.4 Stress-strain curve of rock pressure test[2]

岩石破碎过程的体积膨胀阶段发生在0.4~0.6倍强度极限阶段^[1]。岩石扩容定义为岩石在偏差应力作用下其体积由压缩转变为膨胀的转折点起直到岩石破坏为止的体积增量。扩容起始应力值和扩容量随围压和中间主应力的变化, 同岩石强度随围压和中间主应力变化规律是一致的, 随它们的增大而减小^[3]。据Drucker公式, 从扩容屈服面、后继扩容屈服面和破裂面的概念出发, 导出了扩容应变所应遵循的规律, 得出了扩容应变与扩容屈服面正交的结论并给出了相应的本构方程。随着扩容屈服面参数的增大, 后继扩容屈服面在不断增大, 扩容应变也不断增大。当后继扩容屈服面增大到一定程度时, 后继扩容屈服面与破裂面相重合, 岩石发生破裂。由此可推知, 扩容屈服面是连续变化的, 最后与岩石破裂面相重合^[4]。扩容角和扩容指数给出了岩石扩容指数与侧限应力之间的关系式, 通过为扩容脆断岩石建立理想本构模型和定义新的扩容参数, 体现了定量描述在侧限压力作用下岩石扩容变形中的一般变化规律, 用于描述岩石扩容的变形特性^[5]。

(3)压性构造带蓄水构造分析。江平红层盆地NE向断裂在富水区呈隐伏断裂, 根据地下水水源区地层产状和断裂带的产状, 可将区内地质构造结构模型概化为近水平的侏罗系与NE向断裂相交(图5(a)), 这种结构模型在压性构造应力的作用下, 分别在断裂的上下盘形成压性应力场和张性应力场(图5(b))^[6]。压性构造应力场作用的一盘形成隔水带, 张性构造应力场作用的一盘则形成储水空间, 共同组成良好的蓄水构造。

图5

Fig.5

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	图5 三维断层接触模型1、2剖面网格图(a)及用三维隐式有限单元法计算的应力等值图(b)[6]Fig.5 Profile grid diagram of three-dimensional fault contact model 1 and 2 (a) and stress contour calculated by three-dimensional implicit finite element method for model graph(b)[6]

硒(Se)是一种稀有分散元素, 在自然环境中广泛分布, 作为人和动物必需的微量元素, 适当浓度的硒能提高动物体的免疫功能。硒在土壤-水-植物系统中的迁移决定了食物链中硒的水平。珠江口属于华南双季稻稻作区闽粤桂台平原丘陵双季稻亚区, 十分适合水稻生长 , 有大片富硒土壤^{[7, 8, 9, 10]}。为服务富硒水稻等产业的发展, 本工程在珠江口江门市新会区崖门镇周边, 部署开展了硒等元素在水土-水稻中分布特征和迁移过程研究, 取得了3点主要认识。

(1)研究区所产大米均为富硒大米。从水稻体各部位硒含量平均值来看, 水稻体各部位对硒的富集、累积作用并不一致。由统计结果得知, 研究区水稻不同部位硒含量从高到低依次为根、茎叶、大米、稻壳, 与相关文献报道一致^{[11, 12, 13, 14]}。据GB/T 22499— 2008《富硒稻谷》标准, 以大米硒含量在0.04~0.3 mg/kg判定为富硒大米。本研究所采集的10件样品大米硒含量平均值为0.058 mg/kg, 均达到了富硒大米标准。与上述土壤、浅层地下水中硒含量对比, 研究区表层土壤硒平均值、剖面土壤硒平均值显著大于浅层地下水、水稻根、水稻茎叶、水稻果壳、大米中硒含量, 这一结果说明土壤硒是研究区水-土-水稻系统中硒物质循环的基础。硒通过水— 土壤— 植物传输的间接行为, 在植物体内转换累积, 并通过食物链来满足人和动物对硒的营养需求。因此, 植物、水、土壤三者构成了硒的累积、流动和循环系统^[15]。

(2)研究区属于土壤硒含量背景值高区。研究区表层土壤硒含量最大值为1.04 mg/kg, 最小值为0.23 mg/kg, 平均值为0.506 mg/kg, 中位值为0.44 mg/kg, 高于全国土壤硒的平均含量(0.29 mg/kg)^[16]。变异系数为47.5%, 分布较不均匀。国内研究将我国土壤中的硒按照质量分数高低划分为缺硒土壤(< 0.125 mg/kg)、少硒土壤(0.125~0.175 mg/kg)、足硒土壤(0.175~0.45 mg/kg)、富硒土壤(0.45~2.0 mg/kg)和高硒土壤(2~3.0 mg/kg)^{[17, 18]}。研究区10组表层土壤中有5组达到富硒土壤标准(0.45~2.0 mg/kg), 另5组均达到足硒土壤标准(0.175~0.45 mg/kg)。典型剖面中土壤硒含量最大值为2.59 mg/kg, 最小值为0.28 mg, 平均值为0.83 mg/kg, 中位值为0.655 mg/kg, 也高于全国土壤硒的平均含量(0.29 mg/kg)。变异系数为82.55%, 分布很不均匀。在12组剖面土壤中, 有7组达到富硒土壤标准(0.45~2.0 mg/kg), 另5组达到足硒土壤标准(0.175~0.45 mg/kg), 说明研究区土壤硒含量整体较高。剖面03、04浅层地下水硒含量较低, 均为0.000 3 mg/l, 说明研究区土壤中硒向地下水中迁移较少。

研究区土壤重金属含量较低, 受污染较小, 铜、铅、锌、铬、镍、镉、砷、汞8种元素含量均未超过二级标准值, 但有1组样品的Hg超过二级标准值。地下水质量均达到农田灌溉水质标准, 8种元素仅有Cr为Ⅲ 类指标, 其余7种均为Ⅰ 类。

(3)硒元素主要富集在土壤中的淋积层, 从水稻根、茎叶、稻壳至大米依次递减。3个土壤剖面中硒含量平均值由大到小顺序为03号剖面、06号剖面、04号剖面。平均值分别为1.325 mg/kg、0.60 mg/kg、0.565 mg/kg。从3个剖面同一深度硒含量平均值来看, 研究区同一深度硒含量平均值由大到小顺序为40~60 cm、60~80 cm、20~40 cm、0~20 cm, 平均值分别为1.557 mg/kg、0.987 mg/kg、0.423 mg/kg、0.353 mg/kg。

剖面中硒元素在垂向上的分布特征较为一致(图6), 呈现出先增大、后减小的趋势。硒在40~60 cm处含量最大, 表现出富集的特征, 与文帮勇等^[18]研究结果类似, 原因可能与研究区降雨量大、淋溶强、土壤质地有关^[19]。区内剖面成土母质均为花岗岩风化物, 以黏土为主, 含少量中细砂。在长期淹水情况下, 受淋溶影响, 表层(0~20 cm)、次表层(20~40 cm)硒含量较低, 又由于剖面上黏粒成分含量高, 硒易被土壤黏土矿物复合体所吸附或结合^{[19, 20]}, 向下迁移较慢, 在中部(40~60 cm)富集, 含量较高, 在下部(60~80 cm)含量则较中部低, 表现出了明显的淋溶沉淀分异作用。

图6

Fig.6

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	图6 剖面不同深度土壤中硒含量垂向分布特征Fig.6 Vertical distribution characteristics of selenium content in different depth of soil profile

比对表层土壤硒含量, 硒元素在水稻根、茎叶、稻壳、大米各部分的富集系数^[15]分别为0.657、0.165、0.120、0.126。可见, 同一植物的不同部位对硒的富集能力并不一致, 其中根的富集系数远远大于其他3部分, 稻壳和大米部位富集系数较为接近。这是因为, 大量的微生物聚集在植物根部, 增强了根部对物质的吸收能力, 使根部对硒的富集作用变得最强^[20] 。区内土壤中硒含量高背景值是富硒大米形成的基础, 只有在植物的根部累积了大量的硒, 才能进一步向茎和叶及果实部位迁移, 形成富硒大米。

该工程选取了人均GDP、产业结构(工业化率)和空间结构(城镇化率)3大要素, 进行了泛珠三角地区主要城市群经济社会发展与资源环境绿色生态保持间的协调程度研究, 以人均GDP(美元)为横轴, 城镇化率为纵轴进行图解(图7)。基准线之上的城市化水平超前而经济水平不足, 或工业化水平较高而经济效益不足, 表明能源、资源利用粗放式, 能耗过度和环境污染。准线之下的城市经济水平较高而城市化水平不足, 第一产业比例仍处在较高阶段, 向第二、三产业倾向不足; 另一方面, 工业化水平较低, 而经济较为发达, 说明非工产业占总产出比例较大。

图7

Fig.7

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	图7 2015年泛珠三角周边核心城市人均GDP与城镇化率(为便于比较, 图中加入了部分我国其他省区的城市)Fig.7 Per-capita GDP and urbanization rate of core cities around pan-Pearl River Delta in 2015

研究表明: 珠三角城市群整体上处于后工业化阶段(图8), 工业化率处于中等水平, 略显不足, 城镇化率极高; 珠三角城市群已经整体偏向于发展第三产业, 但工业化产出相较于后工业化水平相对不足, 仍需调整产业结构, 提高工业产出效率, 使第二、三产业达到协调发展。

图8

Fig.8

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	图8 泛珠三角城市群发展阶段演变(为便于比较, 图中加入了部分我国其他省区的城市)Fig.8 Evolution of pan-Pearl River Delta urban agglomeration

北部湾城市群整体处于工业化前期向中期过渡, 除了海口之外, 其他城市城镇化率不足, 需要继续发展第二、三产业; 在工业和第三产业之中, 海口、北海工业化水平与经济发展相对同步, 其他城市水平参差不齐, 但都呈现出处于工业化率较低的阶段。所以, 北部湾城市群应重视部分地区的工业发展, 同时大力发展第三产业, 保证其能与经济同步发展, 逐步向后工业化阶段过渡。

选用资本、劳动力、土地、能源、水资源、期望、非期望7个一级指标和9个二级指标, 对基于绿色效率的经济社会发展与资源环境协调度的研究表明, 深圳、中山、东莞、佛山、海口、湛江和江门等市, 处于“ 协调” 或“ 非常协调” 级别, 其他城市则处于“ 较不协调” 或“ 不协调” 级别(图9)。

图9

Fig.9

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	图9 泛珠三角城市群协调度评价结果(为便于比较, 图中加入了部分我国其他省区的城市)Fig.9 Evaluation results of coordination degree of pan-Pearl River Delta urban agglomeration