——解读上海市三维城市地质调查于德福我国第一个由中央和地方政府合作开展的城市地质调查项目——《上海市三维城市地质调查》,是中国地质调查局为推进地质工作转变而进行的有益探索。2004年4月24日,国土资源部与上海市人民政府签署的合作协议,标志着我国城市地质工作由以往的应急抢险式调查,转入围绕城市发展开展系统调查研究的新阶段2月1日,上海市地质调查研究院。在听完上海市地质调查研究院院长魏子新的一场项目成果汇报后,两院院士张宗祐激动地说:“这些成果可以让城市建设避开地质隐患,真是为城市发展服务到家了!”是什么项目,让老院士发出如此感慨?《上海市三维城市地质调查》项目,出现在人们的视野中。这一地质项目究竟能够为城市建设和发展提供什么样的服务?站在办公室里,指着窗外林立的高层建筑,魏子新告诉记者:“城市是建在大地上的。我们可以说,大地是城市的载体。如果在城市建设前不弄清载体的情况,无疑为城市的建筑安全埋下了隐患。因此,我们开展城市地质调查的首要目的就是弄清载体的‘体质情况’,将隐患消除在建设之前。”上海——建在“豆腐”上的大都市《上海市三维城市地质调查》,获得了上海地区地层结构的非常具体的量化指标上海是国际性大都市,它的载体体质如何?魏子新说:“人们通常把上海比做‘建在豆腐上的城市’,其根据是上海地处人海河口,而这类地区一般是由江河携带的泥沙、海浪卷起的海沙反复堆积形成的新大陆。但从未有过具体的量化指标对所谓的‘豆腐’进行过表述。现在,通过开展上海城市地质调查,我们已经获得了非常具体的量化指标。”魏子新把记者引到经过三维城市地质调查后新绘制的上海市地质图前,介绍说:“受古沉积环境演化的控制和影响,上海地区地层结构空间变化十分复杂,第一硬土层埋藏深度由西向东逐渐加大,在西部地区仅4米左右,到中心城区已达到2530米。同时,古河道的发育使其在空间上呈现“支离破碎”的状态,甚至在崇明三岛长江河道地区缺失。如此复杂的地质结构,无疑影响着上海基础设施的规划和工程建设。”他说,在金山兴塔至朱径浅层,项目人员利用人工地震等方法,查明了浅部70米的近6万年来地层结构变化和垂向对比关系。通过第四纪地质和工程地质综合研究,利用人工地震勘查和现代第四纪测试技术,分析了上海地区浅部硬土层埋藏变化规律,在此基础上对全市工程地质层进行了统一划分。在中心城区工程地质结构调查研究基础上,对中心城区不同开挖深度的基坑开挖进行了适宜性分区评价。“依据这些基础信息,上海在今后的城市建设中,既可以避开不利建设地段,也可针对载体的‘体格’情况提前采取针对性的预防措施。”魏子新在介绍完有关成果后说,“这些成果还有一个现实意义—为现行岩土工程勘察规范的完善提供了科学依据。”其现实意义在于,收集的823个钻孔及测试资料,基本囊括了全市揭露基岩地层;入库第四纪地质结构钻孔720个,使中心城区调查精度达到1:5万,全市达到1:25万;通过全市水文地质普查、各水源地水文地质详查及地面沉降调查等工作,取得495个水文地质钻孔和相关的测试数据,系统建立了1962年以来的全市地下水位、水质及地下水开采量、回灌量与地下水动态监测信息;近10万个工程地质钻孔(其中控制性钻孔3400个),使全市调查精度达到1:5万,中心城区达到1:1万……利用这些海量数据,魏子新他们专门建立了上海三维城市地质结构数据库,将所有信息纳入其中,方便查询利用,并形成了地质信息的标准更新机制。世博会和临港新城,地质条件如何?世博会和临港新城建过程中将要面对的地质问题已经发现,有关方面可据此采取相应对策“在项目进行的同时,我们还开展了两大专题地质调查研究工作。”魏子新说,“这就是2010年上海世博会会址区、临港新城规划区地质调查专题,成果已在去年11月移交上海世博局、临港新城管委会使用。”世博会会址区位于黄浦江南浦大桥—卢浦大桥区段两岸的5.4平方公里范围内。世博会会址见证了我国现代工业的发展历程,江南造船厂、上钢三厂等均有上百年的历史。为满足交通、人流和物流要求,世博会规划进行大规模的地下空间开发,调整黄浦江防汛设施,使黄浦江景观重新回到城市怀抱,演绎“城市,让生活更美好”的主题。但是,会址区的地质环境条件,能满足地下空间开发需要吗?魏子新说,通过应用现代地质调查手段获取数据和利用现代地学理论进行综合分析研究,确定会址区基底稳定,邻近的罗店一新场断裂自全新世以来无活动迹象,对会址区工程建设一般没有影响。“但在建设过程中,可能会出现流砂、管涌、基坑突涌、边坡失稳等地质灾害,对这些问题,必须高度关注。”他进一步指出,“特别是深度大于15米的深层地下空间开发,应注意微承压含水层地下水压力的影响;在会址区黄浦江防汛墙改造过程中,则应充分考虑地面沉降因素,防汛墙高程设计应根据地面沉降发展趋势预留沉降值。”临港新城规划区位于上海市域东南部的长江、杭州湾交汇处,面积近296平方公里,其中近1/3的土地为近年人工吹填成陆。临港新城是上海建设国际航运中心的一个重要举措,是洋山深水港陆地运输基地和港口重装重工业区,2020年规划人口达到80万,是“十一五”期间上海市重点建设的新城之一。采访中,魏子新特意带记者参观了临港新城。走在已经完成“三通一平”的宽阔马路上,他告诉记者:“调查结果表明,临港新城规划区工程建设影响范围内共有8个工程地质层。其中第一、二层为粉性土层,易产生震动液化;第四层为软土层,是地基变形的主要层次;第七层埋藏深度适中、分布广泛,可作为高层建筑和厂房基础的桩基持力层。”他说,临港新城规划区总体上西部工程地质条件优于东部,西部大部分地区无欠固结冲填土分布,应注意软土地基变形和砂土液化问题;东部大部分地区为古河道切割区,且分布有大面积欠固结冲填土,应特别重视砂土液化及桩基持力层埋深变化等问题。而新城规划区浅部砂层分布广泛,厚度在2.816.3米左右,尤其是人民塘以东大面积分布的厚度达0.4-8.5米欠固结冲填土层,是城市规划与基础设施建设中应重点关注的不良地质条件,必须注意砂土震动液化对工程的影响。“规划区近100平方公里的陆域面积,是由大规模滩涂围垦形成的,它使长江及杭州湾北岸沿岸水下岸坡变化较大。”魏子新告诉记者,考虑这一因素后,他们系统收集、建立了长江口及近海地区水下三维地形数据库,对长江河道迁移、人工成陆对河口海岸演化的影响进行了专题研究。结果表明,目前,规划区东部岸坡总体上较稳定,仍处于淤涨状态;南部杭州湾北岸芦潮港岸段侵蚀有加强的趋势。“应密切监测沿岸水下地形变化,关注海岸带变化对沿海城市安全的长期影响。”三方面调研,为了大上海不再下沉自1921年发生的地面沉降以来,至今上海沉降面积已达1000平方公里,沉降中心最大沉降度达2.6米“上海是我国地面沉降发生最早、影响最大、带来危害最严重的城市。”在位于黄浦江边的上海地面沉降展示馆里,魏子新对记者说,“自1921年发生地面沉降以来,至今沉降面积达1000平方公里,沉降中心最大沉降量达2.6米。”记者不由自主地站到了反映上海地面沉降量的标杆前。记者身高1.78米,却伸直了手也摸不到1921年时上海的地平线。据魏子新介绍,在《上海市“十一五”社会经济发展纲要》中,明确提出了在2007年将全市平均地面沉降量控制在7毫米以内、至2010年历年地面沉降量逐年降低的目标。为给这一目标的实现提供技术支撑,《上海市三维城市地质调查》开展了三方面的调查研究:——城市建设对地面沉降影响的调查研究。结果表明,上海的地面沉降已呈现新的规律和特点,即地下水开采与城市建设对地面沉降影响权重分别约为50%,而且随着地下水开采量逐年大幅压缩,地下水位普遍回升,城市建设对地面沉降影响程度呈相对增大的趋势。这主要是因为近年来城市建设和地下空间开发强度、规模越来越大。目前,项目人员正运用新的研究模式和研究思路,针对上海地区高层建筑群典型的布置方式以及不同的地层结构,进行模型试验,分析高层建筑群诱发地面沉降的规律和机理。——地面沉降与城市安全相互影响的调查及对策研究。地质环境变化对城市基础设施安全运营影响明显,最为显著的是轨道交通线路穿越不同沉降速率的城市空间时,地铁隧道发生与区域地面沉降特征基本相同的不均匀沉降现象,表现出与区域地面沉降相似的变形规律。项目人员在加强地铁隧道沉降监测与动态分析的基础上,与地铁运营工作相结合,根据区域地质结构进行了深人研究,对规划线路地铁隧道已提出优化设计的建议。——探索变系数三维地下水流模型与地面沉降模型的真正耦合。研究发现,在长期超量开采地下水的条件下,研究区含水层及弱透水层的骨架会发生永久性的释水变形,从而导致孔隙度、渗透系数等参数均随之发生变化。通过研究,项目人员得到了孔隙度与渗透系数关系式,这为建立变系数地下水流方程奠定了基础。地下水流模型与沉降模型的真正耦合,使渗透系数、贮水系数能够随着土层的压缩沉降和孔隙度不断减小而不断自动改变。因此,在上海地区的区域地面沉降模型中,首次实现了变系数三维地下水流模型与地面沉降模型的真正耦合。相对于以往国内外类似的地面沉降模拟研究,这是本次研究取得的突破。地质信息平台,让人们直观上海的地下奥秘建立三维可视化的城市地质信息管理平台,可供人们随时“提取”各类地质信息“地质成果要实现其服务功能的最大化,就需要有一个供人们提取的平台。为此,我们建立了三维可视化的城市地质信息管理平台,为不同的地质信息需求者提供服务。”在电脑前,魏子新边向记者演示边介绍了这一系统的主要内容:——上海城市地质信息管理与服务系统。信息系统中包括自1962年以来的上海市地质环境监测数据,开发了地面沉降、地下水动态图形自动生成、分析评价功能;根据工程规划线路,信息系统可以自动生成工程线路地质剖面图和地质数据统计,为城市规划、工程设计人员提供高效率、直观的地质工作平台;通过建立规划区域三维地质结构模型,按工程规划和设计需要,自动生成工程沿线的三维地质结构图,直观地分析评价工程线路地质结构、不良地质条件等情况;根据地下工程规划线路(如地铁或过江隧道等),信息系统可以自动生成工程线路的三维隧道,模拟地下空间开发中的工程地质结构变化和水文地质条件,为地下空间开发规划、设计、建设及管理提供科学依据,为城市地质灾害应急反应提供技术保障。同时,还建立了面向社会公众服务的上海城市地质信息网。——上海市城市地质数据库。实现了上海地区地质、物探、化探、遥感及钻探等资料的一体化管理;同步整理地质钻孔、地面沉降监测数据,编制各专业地质图形空间数据库;基本建立了覆盖全市的地质信息数据库。同时,按原始资料数据、基础数据、模型数据、成果资料数据等分类原则,初步建立了分层次的数据库结构与管理系统,用户可以采用多种方式选择相关数据点进行属性查询、统计和分析。“上海城市地质数据中心”对多元的城市地质信息进行统一管理,通过城市地质网络信息平台及城市地质数据展示平台,实现地质数据共享、数据交换、数据服务。“实践证明,围绕城市发展的需求提供基础服务,地质工作将会获得更大的发展。”魏子新告诉记者,三维城市地质调查成果,引起了政府和社会公众的高度关注与肯定。今后,他们将结合城市发展新阶段出现的新需求开展深人的相关地质调查与研究,让基础地质信息为上海市的可持续发展提供更多更细的服务。(2007.3.6,地质勘查导报,3版)

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