金小平  王娟 编者按:        建国60年来,地质工作在国民经济发展中成绩斐然。新时期地质工作开拓新领域再谱新篇,《上海市三维城市地质调查》成果是上海地质工作者向建国60周年献上的厚礼之一,标志着上海地质工作为经济社会发展服务又迈出了可喜一步。         城市地质调查是地质科技工作者以地球系统科学为指导,以现代地质理论和科学技术为支撑,对人类居住最集中、活动最频繁的城市的地下空间进行系统调查, 体现了地质工作领域的创新。        这是一项涉及基础地质、水文地质、工程地质、环境地质等多学科,地球物理、地球化学、遥感等多技术的综合性地质调查,体现了地质工作的集成创新。        把地质工作与人们关心的城市安全、城市环境、城市发展空间和城市生活质量紧密联系起来,体现了地质工作成果的创新。        三维多元异构海量数据的管理及可视化显示、城市环境容量评价体系的建立,体现了地质科技的创新。        部市合作、产学研结合、调查与研究结合、调查与应用结合,体现了组织管理模式的创新。        总之,这是地质工作创新的一次伟大实践,必将推动地质工作与经济社会发展更紧密地结合,更好地为经济社会发展服务。引  言        5月20日,上海。       《上海市三维城市地质调查》项目成果移交和发布仪式正在举行。        国土资源部副部长、中国地质调查局局长汪民、上海市人民政府副市长沈骏两双大手的紧紧相握,摄像机、镁光灯在聚焦。        汪民副部长高度肯定了该项目取得的成果。“三维城市地质调查工作对城市的规划建设意义重大。城市地质数据库的建立和工程模拟,能带来极大的经济效益和社会效应。《上海市三维城市地质调查》项目不仅对上海市发展建设起到很好的基础性服务作用,对全国城市建设同样起到典型示范作用。”         沈骏副市长对该项目成果的应用给予了极高的评价。“《上海市三维城市地质调查》是服务于上海城市发展的基础性、公益性工作,项目有关成果已在世博会建设、国土资源管理、新城和重大市政工程规划、环境保护等工作中发挥了重要作用。”         随着《上海市三维城市地质调查》项目成果移交和发布,地质工作服务应用于城市规划和建设的画卷栩栩如生地展现在我们面前。系统三维调查 揭秘地下空间        当你来到上海地质调查研究院,定会让你眼界大开——会议厅里长8米高2.5米的硕大屏幕上,经技术人员操作,一幅特别的上海地图让人惊异。乍一看,就是人们熟悉的大上海。但鼠标轻轻一点,顿时整座城市的地下结构便三维立体地显示出来,“切”开任何一处,从地表到地下的粘土层、砂层、基岩层等一目了然。        这就是上海地调院首次建立的上海市三维地质结构模型。        时光飞逝,岁月如梭,转眼间《上海市三维城市地质调查》项目已经走过了5年,回首5年的风风雨雨,留下的都是深邃的记忆。        据院长魏子新介绍,《上海市三维城市地质调查》项目自2004年4月启动以来,共收集钻孔数量30万个,建立原始钻孔数据库7万个,标准化钻孔数据库6千个;收录遥感数据3.5万幅,航磁数据8.6万个,重力数据9.3万个,地质环境监测数据1.2千万条,海底河床三维地形数据121幅;建立地质及水工环地质空间数据库1.6千个图层及地质文档数据库7.6千份。同时根据建立三维地质结构模型的需要,做了浅地震测量24174点,第四纪地质、水文地质、工程地质孔662个,总进尺37277.8m,第四系、地下水等岩矿样品测试10372件,土 工试验7119组。这些新老资料覆盖全上海,为探明地下空间打下坚实的基础。        通过对基底断裂构造及其活动性的详细资料研究,得出令人欣慰的结论,区内地壳稳定,未发现1万年以来的对地上安全有较大影响的活动性断裂构造。        三维地质调查揭示,现今上海地区的工程建设活动涉及到的土体都是近12万年以来形成的土层。青浦、金山西部地区发育的多层硬土的时代归属于沉积环境,第一硬土层埋藏深度由西向东有逐渐加大的变化,在西部地区为4米左右,到中心城区达到25~30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。对如此复杂的地质结构的掌握,成为工程建设重要的参考依据。       “调查科研的目的在于应用”,魏子新院长阐述了这样的理念。         临港新城1/3的土地为近年围海造地而成。地质科技人员查明了规划区20米浅广泛分布砂层的震动液化特征,及时给出了防治措施,避免了在地下管线铺设、地下空间开发的过程中可能产生的安全事故。        上海世博会场馆建设是三维地质调查的重点。项目阶段成果《中国2010上海世博会场址地质结构调查报告》作为世博局向世界展览会注册报告附件,提交给世界展览局;其地下空间开发适宜性评价成果的应用受到赞誉。        资料显示,2007年上海城市地下空间开发数量已超过20000个,总建筑面积约2847万平方米。上海地下空间的综合开发利用已成为城市建设的重要内容,对地下空间审批、登记及权籍规范管理提出新的课题。三维地质调查为地下地籍图的编制以及地下权籍管理数据库的建立等提供了有效技术支撑。        点评:上海三维城市地质调查首次将整个城市地下空间作为一个整体,进行多学科、多方法综合调查,揭示了地下三维空间地质结构,满足城市地下空间规划、开发和管理的现实需求,对城市的可持续和谐发展意义重大,不愧为城市地质调查的典范。地球化学调查 揭示水土质量让数据诉说昨日的辉煌:        108张土壤元素地球化学图件、60张地表水及地下水地球化学图件、近30张土壤及水体的各类质量评价图件、针对不同需求的多份应用研究报告……一张张包含着地质人智慧和汗水的图表映入记者眼帘,这就是上海地调院首次进行城市全覆盖地球化学调查的科技成果。        院副总工方正对记者说,他们在2004年秋对上海7000平方公里的土地进行了多目标的地球化学调查,共采集了化探水土样品1万多件。同时对上海市的农用地进行了土壤剖面元素赋存形态研究。        地球化学调查表明,上海市土壤环境质量总体良好,处于1级和2级质量水平的土壤占95%左右。同时也显示了人类活动对土壤环境产生的严重影响,中心城区及近郊个别工业区重金属含量曾上升趋势,土壤污染来源比较广泛,除工业活动是主控因素外,人口高密度区的居民生活源也是一个重要原因。土壤中主要重金属元素如镉、铅、锌等对生态环境具有显著的危害性。        院地质环境研究所所长何中发告诉我们,上海几十年的地下水质动态监测数据表明,上海地下水的质量状况一直保持在原始状态,水质指标并无显著的变化趋势,但城市垃圾填埋场的环境状况对水质的污染不容忽视。此次地球化学调查的成果之一,是为大型垃圾填埋场提供环境风险评价,并对垃圾堆场地处置措施等提供地球化学方面的技术支持。        本次地球化学调查还获得了住宅小区土壤重金属类、有机污染物类、放射性等分布情况的基础数据信息,初步拟定并且筛选出了上海市生态住宅建设地质环境指标,并且制定了评价体系和评价方法,这对于建立安全居住生态环境具有重要意义。        本次地球化学调查为农用地的规划利用及适宜性和有效性提供了技术保障,对农用地利用提出了周密的择优布局方案。西部湖沼区地球化学特征为低钙、镁,高硅、富有机质,土壤养分多表现为适度或者富足,部分地区盐渍化较严重;中部滨海相沉积区土壤钙、镁、钾、铁、铝和微量元素碘偏高,土壤养分为适度;东部3岛及沿海地区土壤高钙,土壤养分磷、氮、锌、铜、钼、硼相对缺乏,存在滨海盐渍现象。今后政府对将根据农用地生态环境的适宜性分析,有的放矢地作出决策,建设高效生态农业基地,生产出更多的绿色无公害农产品。点评:上海地球化学调查具有创新性和实用性。它首次系统地获得了上海深层、表层土壤、浅层地下水的高精度测试数据,研究了土壤元素含量特征及空间变化规律,不仅为农产品安全生产提供了全新的基础地球化学资料,还为城市生态住宅建设提供了地球化学标准,把对水、土质量评价与人居环境的改善结合起来,使城市真正成为人们生活的美好家园。地质环境评价 服务城市发展        “地质科技人员依据翔实的调查结果做出的地质环境评价,对城市的规划布局和发展具有重要的意义。”上海地调院副总工王寒梅如是说。该项目首次开展了地下空间开发的地质环境适宜性评价。        依据现实的三维调查资料,地质科技人员选取三种典型开挖深度,分别就流砂、软土变形和地下水引起的基坑突涌问题进行分析,给出了严重程度分区图。研究还针典型盾构深度,给出了不同深度隧道建设的适宜性分区图。这些图件告诉人们,施工中坑应该挖多大、多深,采取什么样的保护措施;对于隧道建设,决定了它从哪里掘进才是既经济又安全的。        魏子新院长介绍说,本次调查设立了内容新、难度大的环境容量评价专题。从理论上就各要素的地质环境容量概念分别进行了定义;从标准上构建具体的评价指标体系;从实践上开展相应的地质环境容量评价,得到的上海市在地质环境制约条件下的后续开发潜力,为城市可持续发展提供了前瞻预测。如地下水环境容量评价,到2010年在年均地面沉降量小于5毫米的条件下,总开采量控制在每年2500万立方米。这一成果对上海市水务部门科学管理水资源至关重要。        王寒梅副总工介绍,上海地质调查服务城市发展的另一个贡献是向滩涂要地。有数据显示,上海近50年来通过滩涂、沙岛围垦的土地达到1007平方公里,约占市域面积的15%。地质科技人员对长江口-杭州湾及其邻近海域的滩涂进行了综合调查,收集到水下地形、沉积物粒度和水沙等资料,建立了长江河口较为系统的多源、多比例尺、多时间尺度、多空间分辨率的地形数据库。2006年的地形资料统计,0米以上滩涂共603平方公里,-2米以上滩涂面积为1253.7平方公里,-5米以上滩涂面积为2308.8平方公里。这些重要的资料为上海后备土地资源摸清了家底,对于城市的可持续发展具有重要的意义。            随着城市人口的增加与工业发展,地下水资源成为生活与生产供水的最佳选择。上海地质科技人员经过全方位调查分析,给出在全市建设14个地下水应急水源地的科学对策,提出三大类应急水源地规划区。第一类是城市中心地区,建立大(中)型应急地下水水源地,重点解决应急状态下的生活用水和特殊工业用水。第二类是横沙、长兴等岛屿地区,应对各种原因引发的水资源短缺。第三类是松江、金山和临港等九个规划新城区,建立中小型应急供水水源地。各水源地现有利用开采井数量达340口井,可基本满足上海城市应急水源地启用要求。         点评:首次开展的地下空间的地质环境适宜性评价,保证了地下空间的合理开发;首次开展的地质环境容量评价,保证了城市和谐发展;滩涂后备土地资源评价以及应急水源地评价,为上海城市发展提供了资源保障。这些成果都将在上海城市发展史上留下凝重的一笔。地质灾害监测 保障城市安全        据吴建中工程师介绍,地面沉降是上海城市发展的安全隐患。地质调查表明地面沉降使上海区域地貌形态发生显著变化,目前中心城区高程普遍小于3.5米;同时使市区河床相对抬高,部分地区高潮位时已形成了“地上河”。累计地面沉降总量对城市防汛产生重大影响,地面沉降空间差异性威胁着轨道交通、磁浮列车等线状工程的安全。        在调查中,上海地调院的科技人员在原有25组地面沉降综合监测站的基础上,建立了全市地面沉降GPS监测网,包括4座基准站、33个一级点和110个二级点,实现全天候地面沉降动态监测。2006年开始,利用合成孔径雷达干涉测量(InSAR)技术进行大面的连续监测,取得了明显效果。         本次调查建立的地面沉降耦合模型,准确刻画了上海地区复杂地质体中地下水渗流和地面沉降变形。地下水的回灌使得局部地下水得到有效补充;地下水位抬升,使地面沉降得到有效缓解;控制地下水采灌格局,可以控制地面沉降分布范围和沉降幅度。        在调查研究的基础上,及时调整和优化地面沉降控制措施,使全市平均地面沉降量由2005年8.4毫米逐步降低到2007年的6.8毫米,全市地下水继续保持稳定的抬升态势。实现了《上海地面沉降防治“十一五”防治规划》到2007年全市平均沉降量控制在7毫米之内的目标。       据工程师史玉金介绍,上海地调院建立的地质灾害应急处置救援队伍,在地质灾害应急处理中发挥了重要作用。2008年2月12日中午,上海市宝山区蕴藻浜南岸,面积约9000平方米的堆场,由于超载导致场地严重坍塌,造成100多米防汛墙严重倾斜,32吨龙门吊支架与横梁连接处撕裂,随时可能倒塌,直接影响了防汛安全和河道通航。上海地调院及时派出应急救援队人员、装备全部到达现场,当晚就向现场指挥部提交了第一份监测报告;经连续奋战8个昼夜,300人次抢险,累计提交监测报告近150份,为指挥部指挥决策及时提供了技术支持。上海地调院积极承担上海市重大市政工程地质灾害调查与评估工作,至今已提交了百余项建设项目的地质灾害危险性评估报告,为上海城市建设安全做出了贡献。       点评:地面沉降是上海发展面临的缓变形地质灾害,经过地质科技工作者的努力,已经得到了有效控制。但是,我们决不可能掉以轻心,在城市高速发展的今天,更需提高监测和预测水平,提高控制地面沉降的能力,以保证上海城市地面的长期稳定和城市的永久安全。地质信息服务 构建共享平台        总工严学新说 ,上海地质调查的主要成果是“上海城市地质信息系统”,它是一个800G左右的海量数据库,集纳了地理底图、基础地质、水文地质、工程地质、地质环境动态监测、环境地球化学调查和三维地质模型等七类数据。      “为了收集这些数据,地质科技人员可花费了比这海量数据更多的心血。” 以往这些数据分散于不同时期、不同部门、不同项目,此次地质科技人员不仅把散落在各处的30万个各类钻孔资料以及35547米施工钻探、207公里人工地震勘探后的调查结果都转化成数据,还运用现代的MapGIS三维平台,构建起这个集综合城市地质数据存储管理、信息处理、可视化和全面系统、开放共享、动态更新的大型综合地理地质信息平台,该系统功能齐全、技术先进、实用性强,为国内首创。        在平台上,专家们不仅可以随时调阅各类上海地质数据,技术人员甚至能模拟一条隧道,让规划人员提前身临其境,看看自己的方案是否可行;能根据工程规划线路,自动生成沿线地址剖面图和地质数据统计,一览项目开发时应注意的地质问题;甚至还能模拟出地下空间开发中的工程地质结构变化和水文地质条件,为城市地质灾害应急反应提供技术保障。        同时,地调院还建立了上海城市地质信息网(www.sigs.com.cn),面向上海市城市规划、建设和政府决策部门、科研机构、企事业单位及社会公众提供基于广域网的城市地质信息发布和检索功能,可在线阅读上海地质资料科技出版物和期刊资料,了解上海城市地质调查和研究动态。        在此基础上,开发出的“世博园区地质信息服务系统”,移交给世博管委会,获得了对方的好评,在会址的规划和建设中发挥了重要作用。为临港新城规划建设专门开发了“临港新城地质信息服务系统”,获得了用户单位的肯定。        上海城市地质基础信息管理与服务系统的建设及逐步完善,将极大地促进城市地质空间、地下构筑物空间综合一体化和三维定量化的研究与管理,有利于合理、有效地进行各种预测与评价,节约资金,减少实际应用中的盲目性,降低风险,具有重大的经济与社会效益。点评:依托“上海市三维城市地质调查”项目,开发了上海市三维城市地质信息管理与服务系统,建立了三维地质结构模型,不仅提高了地质工作者整合已有信息,综合分析评价的能力和效率,而且使原本枯燥难懂的地质数据变成城市规划、建设和管理部门以及公众易懂、好用、离不了的有效信息。尾  声        上海城市地质调查是我国首批6个城市地质调查试点中首个完成的项目。该项目探索并构建了一个中央与地方联动,国家战略部署和地方公益性地质工作合理分工、有机衔接的城市地质工作新机制;探索并实践了一个紧紧依托行政管理平台、凝聚地学领域各多学科优势力量,充分发挥现代信息技术作用的管理新方法;探索和创建了一个服务内容由陆地向海洋、由地质向地下空间、由资源开发向环境保护延伸,以主动服务、广泛合作、信息共享为主要特点的服务新模式;调查与研究相结合,传统方法与现代技术结合,多学科综合多专业、多领域融合,取得了一系列城市地质调查研究新成果,处处体现创新精神和理念,是一次地质工作创新的伟大实践。        该项目实现了“四个首次”,即首次建立了上海市三维地质结构模型,首次对全市土壤地球化学环境进行了全覆盖调查,首次建立了长江河口海岸数据库和三维演化模型,首次系统开展了上海城市地质环境容量评价研究;研发了“两个系统”,即三维水流—一维地面沉降耦合模型和实时动态监测与预警系统和上海地质研究、政府决策和公共信息发布的三维可视化信息系统。2008年12月5日,项目通过了由5位院士及12位国内顶尖科学家组成的专家评审委员会的验收,专家们一致认为,项目资料翔实、基础扎实、重点突出、创新性和实用性强,总体达到国际先进水平,在三维地质数据管理与可视化、地面沉降预警与防治研究、地下空间与地质环境容量评价等方面已经达到了国际领先水平。本次项目所揭示的全部专业的科学知识,都将作为人类的伟大发现而镌刻在地质科学发展史的史册中。        用硕果累累来形容上海城市地质调查的巨大变化,可以说一点也不过分。上海地调人几年风风雨雨一路走来,可谓处处是歌、件件是诗。这些丰硕成果,既是向新中国成立60周年大庆敬献的贺礼,同时也铺就了通向大上海未来辉煌之路的基石。        人们深信,《上海市三维城市地质调查》成果,必将在未来上海可持续和谐发展中闪发出异彩的光芒。                                                           转自中国地调局网 2009年12月23日

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