---部分国家城市地质工作规划与发展趋势庄育勋   蒋仕金 中国国土资源报编者按 去年8月20日在意大利佛罗伦萨召开的第32届国际地质大会上,城市地质工作成为一大亮点,会上有关展板和论文的数量非常之多,是历次大会所不及的。随着人们对地质工作的认识程度不断深入,作为与经济和社会发展密切相关的地质工作的服务领域不断扩大,城市地质工作越来越受到各国政府、研究机构和企业以及普通市民的广泛关注。国外城市地质工作经验,对我国正在开展的城市地质工作具有学习和借鉴意义。引言当前在国际上,城市地质工作包括了与城市发展有关的各个地学领域,即城市地质背景、城市地下三维空间开发、城市内动力地质灾害(火山、地震等)、城市外动力地质灾害(地面沉降、塌陷、滑坡、泥石流等)、城市地下水、城市环境地球化学、城市矿产资源与建材资源、城市地质遗迹与地学旅游资源、城市地质三维结构模拟与可视化、城市地质勘查方法等。城市地质工作在现代人类社会中在发挥着愈来愈重要的作用。   1.基础地质调查与城市规划和管理    城市坐落于地质体之上,城市的安全取决于地质背景,城市发展受到地质条件、矿产资源限制,城市布局、城市地下空间利用与城市地质构造有关,因此要实现城市的可持续发展,必须在详细查明城市基础地质结构、区域地质背景以及资源的基础上进行城市规划。系统、全面的城市地区三维立体地质调查是城市规划建设以及查明与防治地质灾害的基础。日本的东京、波兰东南部的鲁布林、意大利佛罗伦萨、罗马、那波里、博乐格那,中国的北京、上海等城市都开展了城市基础地质调查。    随着经济社会的发展,城市基础地质调查与城市规划管理结合越来越紧密。首先是城市地质调查与城市规划以及区域国土规划相结合。在意大利罗马大都市区,沿泰伯河流域的城市都力求开展了城市规划与密切相关的系统的地质调查。意大利皮德蒙得市政府建立了区域地质调查局,1977年立法规定在城市规划中必须考虑地质条件,根据地质条件对已批准建设项目进行了大幅度调整。俄罗斯远东地区城市在规划中重视地质灾害的评估,在 1:2.5万地质图上根据地质灾害危害和危险程度划分了高度危险、明显危险、危险、弱危险和安全五个等级。其次是城市地质环境与城市土地管理、评价相结合。随着城市化的加剧,城市建筑向着以往不适合作为建筑区的地质灾害易发区发展。地质灾害包括泥石流、滑坡、沿岸侵蚀、悬崖崩塌、潜在地裂缝、地面强烈松动、活动断层附近流态化、地面沉降、地下水抽取或上升导致的差异性地面沉降和地裂缝以及农业区潜在的甲烷积累爆炸等。美国加里福尼亚市就此方面进行了城市地质灾害与风险的立法。而且目前环境敏感区域的概念已成为欧盟国家提供环境产品和服务于农民的一项主要政策指导。马来西亚进一步将城市地质环境基础地质背景调查发展成基于环境可持续性和社会发展政策,指导土地利用和城市规划的重要指标。2.地下空间调查,城市规划发展的方向    目前尚有许多国家的城市国土利用规划还未考虑地下空间的开发利用。而加拿大的蒙特利尔和荷兰的赫尔辛基市已经分别制定了开发利用城市地下空间的规划。以往城市发展建设主要受地表地理条件限制,而目前城市的地下空间利用越来越成为城市规划发展的重要方向,是城市发展开发的前缘。修建地下铁路、隧道、防御设施、停车场、运动场等,比任何时候都需要地质工作的支撑。然而传统地质填图不能满足这一需要,因此,开展浅层三维立体城市地质调查是地质工作的必然方向。地下空间地质调查的主要目标是:查明城市及区域三维地质结构,为地下空间开发规划服务;了解城市地下工程条件和工程地质环境安全性,为地下空间设施建设服务;模拟地下开发对地下生态环境的影响,维护城市可持续发展。三维地质模型的建立不是千篇一律的,要根据该城市的地理特点和已有资料的情况进行具体工作。意大利的那波里市是一个沿海岸发展的城市。其近岸地区的三维地质结构模型的构建主要依据钻孔资料,而远岸的地区是依靠高精度反射地震和地磁测量,可以区分出主要的地震相和其几何形态与界面。通过比较近海岸和远海岸带地区的相,可以构建地质模型的单元序列。意大利的都灵市依据400个钻孔资料建立了40~50米深度三维地质结构模型。滑坡、喀斯特坍塌、海水入侵、瓦斯和活动断裂等许多不利的地质条件影响和制约着地下空间开发利用。详细调查研究地质环境是地下工程规划、设计和建设的重要基础。要注意评价工程的危害程度。同时应根据具体的地质条件采用相应有效的工程技术方法应对各种地质环境。意大利的佛罗伦萨市提出在开发地下空间时必须注意对地表文化遗产的影响,并建立了整个城市和精细的地铁中心站地区三维地质结构模型,建立精细的三维地质结构模型,对于了解防治城市地震灾害影响起了重要的作用。意大利帕尔玛市建立的三维岩石地层构造模型在城市规划建设中已发挥了很好的作用。3.地球化学调查,保证居民生态环境安全    城市地球化学调查的基本目标是调查评估地球化学环境,保持居民生态环境安全,保证城市可持续发展。城市地球化学环境一是取决于城市自然的地球化学地质背景,二是取决于工农业生产等人类改造影响。葡萄牙的泊特、俄罗斯的莫斯科、乌拉尔,意大利的那波里和佛罗伦萨、前南斯拉夫的贝尔格莱德、坦桑尼亚的达累斯萨拉姆、巴基斯坦的拉荷尔、美国的密执安等城市都开展了城市地球化学调查。俄罗斯地质学家对莫斯科市区开展的地球化学环境调查的主要调查对象包括空气、土壤、雪、地表水等,对莫斯科河进行了水体和河流沉积物分析,对生活垃圾区土壤与水体进行了放射性、化学和生物的污染调查,进而进行了危险程度分级,圈定了其环境状况的空间分布。        由于人类活动的影响,在交通密度大的地区和工业区,铅、锌、铜、锑、银、金、汞等重金属污染严重。意大利那波里市在1171平方公里面积中对地表之下采集了982个土壤样品,编制了76张单元素图件。      在一些城市地球化学调查中,还进行了专题性调查工作。例如,美国密执安地区对城市流域重金属污染进行了调查。该市已进行了多年的连续调查,以确定背景条件,重点分析14种元素结果表明,在工业区,近地表铅含量高于背景值15.5倍,而在居住区则达16倍,其中镉、汞、锌也高于背景值数倍。在坦桑尼亚的达累斯萨拉姆市,由于汽车还使用低标准的汽油和含铅汽油,所以重点进行了城市道路两侧由交通引起的砷与铅污染调查。芬兰的奥卢市进行了湖泊地球化学调查。意大利帕尔玛市进行了古井与古坑道等文化遗产污染状况的调查。巴西进行了城市地下储油设施对地下水污染的调查。挪威奥斯陆地区是世界上室内空气中氡-222高浓度区;这是由于地质、气候和建筑等方面原因引起的,约有15万户挪威住宅氡含量超过标,极易导致肺癌。氡含量高的主要原因是由于奥斯陆市坐落在含铀花岗岩上。因此该地区应用航空放射性测量,获得了高精度的镭-226图象(镭是氡母体)。 4.旅游地质资源、矿产资源与城市可持续发展    城市地质调查对于城市考古、文化遗产的发掘以及地质旅游景观资源都是至关重要的。意大利罗马等城市在三维城市地质调查中,查明了城市三个文化层和城市古建筑石材来源,更清晰地重溯了城市发展演化。而马来西亚和巴基斯坦的城市周围建材资源尚无系统管理,城市不断扩大,要求要持续地、有计划地和最有效地利用建材资源,并充分再循环利用建材资源。因此两国政府认识到,在城市地质调查中,需要编制第四纪地质图、自然资源潜力图、沙资源替力图、砾石资源潜力图和砂板岩资源潜力图。这对地方政府和私人公司都是很有用的资料。5.地质灾害防治,地质工作的重点    城市地质灾害是城市地质工作的重要研究领域。由于各城市地质背景不同,地质灾害类型不同,调查的重点和方法也不同。俄罗斯地质学家调查了莫斯科城市区地下石炭纪灰岩中的喀斯特溶洞形成与发育情况。这些喀斯特溶洞导致塌陷对城市交通线、城市工业中心、矿山采矿以及农业都有很大影响。因此,在地表建筑、地铁隧道、开矿等地下设施规划中必须注意喀斯特溶洞的分布与发育。西班牙地质学家也对西班牙西北奥威索市进行了类似的研究。意大利火山地质学家通过研究那波里市城区火山的活动历史,对火山灾害的危险进行了评估。在博茨瓦纳的罗波特斯市,中元古代形成的向东倾的强烈变形地层被北北东向断层所切,断层至今仍在活动,导致300米宽、4公里长的区域房屋地基及墙体严重开裂。在莫桑比克的马普托市,地质灾害导致城市出现滑坡、坡地不稳定、沟壑侵蚀;海岸侵蚀、洪水地下水污染、建筑物破坏等现象,急需在城市规划中应用地质知识。美国地质学家调查了加里福尼亚州地震带大断裂的活动。日本地质学家对东京湾开发区地震引起岩石液化、流态化进行了调查研究。    人类活动(人工地下水库、地下采矿、大规模地表开采、高压流体注入来进行地热开采、采油、地下爆炸等)也是引起地质灾害的重要诱发因素,如引起地震。墨西哥城西北部地区由于地下石材开采,形成空洞,导致地表房屋开裂,地面下沉,危机居民安全。测量方法是采用电阻法在该区测制了剖面,获得各剖面的电阻率二维图像。并应用已有的钻孔资料获得了精确的电阻模型。高电阻与空洞对应,从而揭示了地下空洞的分布,为城市管理者提供资料。    还有一些是针对特殊地质灾害的调查,如墨西哥市北部进行的落石灾害填图与评估,并提出防治与立法建议。智利开展了海岸带国土开发环境参数的调查。葡萄牙考依姆布拉地区进行了降雨与滑坡关系的调查。6.地质调查由二维向三维转变地下空间开发要求城市地质调查和其成果表达与应用由二维向三维转变,由传统纸介质向数据库、三维可视化显示系统转变。英国的曼切斯特、天鹅海港,芬兰赫尔辛基市,伊朗德黑兰市,意大利的恺撒特市、佛罗伦萨市以及巴西的高依拉苟市在城市地质调查中都建立了三维可视化信息系统。芬兰地质调查局从2003年开始,在赫尔辛基市开展了包括低纬度航空地球物理探测、新式基岩填图、地球化学填图在内的填图项目,并会同9个公共与私有机构合作开发了全新的地质信息系统。这一系统包括1:5万—1:2万地质图,统一的钻孔、岩石、地球物理、地形图、基岩起伏模型、航空摄影、土地利用等数据库。使用者可调用多层数据查询分析,也可从网络下载带坐标的数据,应用自己的软件分析。除此以外,填制了新的基岩图和不同比例尺的基岩模式。30多年来英国一直开展城市地质填图,主要为资源开发需要(如矿产资源、地下水、废物掩埋与地质保护区等)和约束开发(如地质灾害、污染区域、废弃采矿区)而编制岩性地层图。这些地质图给规划者、市政工程师、开发商等非地质人员提供了比传统地质图更易懂的地质信息。传统地质图提供的是二维资料,难以给出三维信息。50年来,钻孔等地下数据急剧增加,近10年来又有了航空和卫星遥感数据以及地面地球物理调查数据。结合数据库技术和地壳浅层三维模拟技术,英国已建立了曼切斯特、天鹅海港的数据库。意大利的佛罗伦萨市建立了整个城市和地铁中心站地区精细的三维地质结构模型。通过三维岩石地层结构模型的建立,进一步分析模拟了佛罗伦萨盆地的构造和古地理演化历史,同时也建立了地下水三维模型和地下水系统随时间的变化模型。7.国际城市地质工作特点    城市地质已成为国际地质工作重要领域    干百年来,城市是由于贸易交流、商业发展的需要、人口聚集自然形成的。随着社会的发展,发达国家和发展中国家都面临着城市人口快速膨胀,城市区域急剧扩大,地下空间利用愈加迫切。法国地质学家指出,地下地质是城市可持续发展的关键。开展城市地质工作,应用精确的、最新的地学信息科学合理地进行城市布局、规划与建设,是实现城市可持续发展,以满足城市快速发展、人口急剧膨胀而导致的新一轮大规模规划形势的要求。意大利地质学家指出,新的城市思路是以三维城市规划为代表。这已成为各国各城市政府决策者和地质工作者的共识,并已深入人心。同时,人类生产生活对环境产生巨大负面影响,城市居民生活和工业生产致使环境受到污染,人类活动引发地质灾害。因此,开展城市地质工作,查明地质灾害和地球化学环境状况,为政府和社会在管理环境和减轻灾害中作出安全、可持续和有效的决策服务,促进城市可持续发展,已成为新千年地质工作的重要方向。    系统、综合、立体、精细调查和应用高新技术是城市地质工作的主流方向    以往城市地质工作总体上是围绕城市建设中存在的某一地质问题开展调查,如不稳定斜坡上的建筑、地下水过量开采导致的地面下陷、城市垃圾处理等。当前各国城市地质工作已由这种应急式服务转变为,为政府进行城市、城市群(带)科学合理规划布局决策服务为主要目标的超前服务。与传统城市地质工作相比,当前的城市地质工作在项目组织、工作内容、成果表达上发生了重大变化。主要表现为以下五个方面:    一是由区域地质调查、区域地球物理、区域地球化学、工程地质、水文地质、环境地质单学科各自为战,解决具体城市建设中的具体地质问题,转向为打破专业壁垒,组成多学科、多专业集团军作战,开展多领域、多种技术手段的全面、综合、系统调查。二是由地表二维调查为主,转变为进行三维立体地质调查。许多城市建立了三维岩石地层模型,以满足城市地下空间开发的需求。三是由以往的定性描述式的地质调查转变为精细定量的地质测量。如由原来对活动构造粗略的描述变为准确定位,地球化学的多参数高精度测量等。四是由传统的纸介质的成果表达,转变为应用数据库技术、计算机可视化技术、互联网技术对地质成果进行综合管理表达。五是由对已有现象的调查描述,转变为现象调查与预测模拟相结合,调查与监测相结合。    城市地质工作与城市区地价评价、立法管理密切结合    美国加里福尼亚市进行了城市地质灾害与风险的立法。巴西地质工作者结合地质因素和社会指标,提出了地质脆弱性与可能损失分析模型。主要用于城市规划决策。    城市地质调查项目全面系统开展目前,世界上大多数国家都设立了城市地质调查项目,部分国家还制定了城市地质调查计划。总体来看,国外城市地质工作项目以城市政府出资为主。      (5-2243-GTZYB)

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