城市地质工作与城市发展关系研究

郑桂森，卫万顺，于春林，秦俊生，王继明，刘宗明，徐吉祥，李小龙

（北京市地质矿产勘查开发局，北京 100195）

城市地质工作与城市发展关系研究

郑桂森，卫万顺，于春林，秦俊生，王继明，刘宗明，徐吉祥，李小龙

（北京市地质矿产勘查开发局，北京 100195）

城市地质工作作为基础性、先行性工作，贯穿于城市建设发展的全过程。城市建设发展分为选址布局、规划建设、运行完善和转型升级四个阶段，对应于城市建设发展不同阶段的地质工作，可划分为区域地质资源环境调查、城市地质资源环境调查评价、城市地质资源环境监测预警，城市地质环境功能恢复等。本文重点讨论了城市不同发展阶段对地质工作的需求，提出了城市地质工作在城市不同建设发展阶段的工作目标、任务及相关要求。

城市地质；城市发展阶段；地质条件；安全运行

0 前言

城市是人口、资源、信息相对集中区，是生产力发展水平的体现。古代城市发展是先有“市”后建“城”，“市”用来交易、流通、流转生产资料，“城”用来居住人口、集聚资源、安全防御等作用。古代建设城市重视地理位置、地形、水流水源、风向、采光等自然因素。近现代城市是人口、资源、信息高度集中区带，现代城市群或经济发展带向着和谐、宜居发展，生产方式向着环保高科技发展，在规划建设中更加重视资源环境与人的统一。城市建设发展过程可分为四个阶段：选址布局阶段、规划建设阶段、运行完善阶段和转型升级阶段。

全球现代城市建设发展中关注居住安全、饮水安全、空气质量和固体废弃物处置安全四大问题。前两项问题与地质工作紧密相关，后两项可以用地学的手段予以解决或缓解，因此城市建设发展与地质工作紧密相关，特别是城市地质工作。

1 城市地质学的工作内容

城市地质学是一门关于在城市或潜在城市化地区的特定范围内, 综合研究战略资源和地质条件对城市发展的制约作用，以及城市发展对城市环境的影响因素, 为城市规划、建设和管理服务的学科。最早由Iegget（1973）提出，其核心内容是研究地质条件对城市发展的制约以及城市发展对地质环境的影响。城市地质工作研究内容包括：基础地质、水文地质、工程地质、环境地质等一系列的内容（李烈荣等，2012），其中的核心内容是基础地质，主要包括区域地层、构造、岩浆岩分布及特征，松散层分布及三维结构，并在此基础上部署的专属性地质工作，以解决城市规划建设中不同发展阶段的关键地质问题。同时城市地质工作，还包括理论、技术、方法的创新、标准规范制定等。

2 城市建设不同发展阶段关键地质问题

在城市选址布局阶段，地质工作必须回答保证性条件和约束性条件是否存在的问题。保证性条件包括各种资源，如土地、矿产、水、植被等；约束性条件包括各种对选址有危害的因素，如隐伏活动构造、泥石流发育区、岩溶塌陷区、火山活动带、危害性地学元素高背景区等（郑桂森等，2013），采用区域性中比例尺地质调查成果可以满足需求。

在城市规划建设阶段，地质工作必须回答保证性条件的质与量的精准数据和约束性条件的性质、规模、危险性、影响范围等问题，必须开展相应的工作予以保证。对资源要实施勘查评价，确定品质与资源量；对约束性条件须精确评价，精细刻画其性质、规模、影响范围及其危害风险。完成这项工作的基础条件在区域内开展一定程度的基础地质条件的调查工作，对地层、构造、岩浆岩等基础地质条件有清晰认识和精细刻画，因此要开展综合地质因素中大比例尺调查评价工作。

在城市运行完善阶段，地质工作必须回答各项地质因素在自然和人为作用下的演化趋势问题，随时提供预警，避免灾害发生。对地质因素开展动态监测，掌握变化动态，确保城市运行地质安全，使水、电、气、油、暖、交通干线、通讯线路不因地质因素变化而受损，同时对城市运行过程产生的各种废弃物对区域环境造成的负作用进行监测预警，确保人与自然和谐发展。

在城市转型升级阶段，地质工作必须回答在转型区域内的地质资源环境质量问题，支撑新一轮的选址布局。随着城市厂区搬迁、矿山关闭、老城改造、新城建设，需要利用已有调查评价和监测的成果对其开展全面环境质量评估，确定土地功能特性，同时对被污染区域开展修复治理，使之恢复至无害或自然状态。

可见，城市地质工作是城市建设发展的基础性、综合性工作。开展城市地质工作，既可以解决城市建设对资源环境需求问题，也可以解决城市建设发展对资源环境的负作用影响问题。

3 城市地质工作在城市建设不同发展阶段的主要任务

城市建设发展不同阶段对地质工作需求不同，其主要任务也不同。在布局选址阶段要解决城市选址区域地壳稳定性、战略性及基础性资源是否具备的问题；在规划建设阶段要解决重大建筑物、重要基础设施规划设置区域的场地工程地质条件和资源保障程度的问题，提供定量化精准性数据；在运行完善阶段，要解决各项地质因素的变化情况，预测危险性发生时间、强度、提出防治措施，需提供实时监测数据，并深入研究演化机理；在转型升级阶段，要回答此区域内地质环境的质量和风险问题，提供精准、可靠的数据，从三维空间、时间上提出地质条件适宜性分区，同时开展环境恢复治理工作，供新一轮布局选址之用。城市建设发展不同阶段需开展的城市地质工作见表1。

表1 城市建设发展不同阶段需开展的城市地质工作Tab.1 Urban geological work in different stages of urban construction

3.1 城市选址布局阶段

城市布局是指对城市的空间格局进行预先考虑，涉及城市中产业布局、主体建筑物、主干道路及配套设施的布局。城市选址阶段地质工作首先要回答约束性地质条件的存在问题，其次是要解决保证性条件的可靠程度问题。我们的先人就在村寨选址、土地利用、建筑布局和朝向安排、公共空间的开辟以及防御设施的营建等方面运用原始的技术条件，巧妙建成了适合于当时社会发展的居住环境。近现代城市要合理的规划城市规模和布局，预见城市的发展方向，做好环境预测和评价，协调各方面在发展中的关系，统筹安排各项建设，使整个城市建设布局合理、环境优美，为城市人民的居住、劳动、学习、交通、休息以及各种社会活动创造良好条件。此阶段需要区域范围内的地质资料，主要是以下几个方面。

（1）基础性地质调查

基础性地质调查工作是一项基础性、先行性工作，是城市地质工作的核心，各专项地质工作均植根于此项工作之上。通过中、小比例尺区域地质调查，基本查明拟建区范围内的基础地质条件和地形地貌特征，主要包括各类地质体的分布、岩性、结构、构造、形成时代以及空间叠置关系。

（2）约束性地质条件调查

约束性地质条件是对重大建筑物的空间和布局具有安全隐患或危害，对选址起决定性影响的地质因素。首先确定约束性地质条件的存在问题，其次确定其影响范围。在城市选址阶段，需要对拟建区进行地壳稳定性评价，查明该区活动断裂和放射性地质体的存在（罗勇，2016）。根据刚性约束条件，进行工程建设适宜性分区，指导城市建设避让隐患区域或采取相应工程治理措施。例如北京某建设区在规划选址阶段发现黄庄—高丽营活动性断裂穿城而过，经地质调查评价后确定断裂两侧避让范围，将隐患区域改为绿化带（刘明坤等，2014）。

在山区开展城市建设，应查明崩塌、滑坡、泥石流等突发地质灾害隐患的发育程度、易发性、风险性，并提出防治措施。对于突发地质灾害易发区要避免相关工程的建设，如在甘肃省舟曲县建设在高山峡谷形成的泥石流冲积扇处，处于泥石流灾害频发地，于2010年8月7日暴雨后发生泥石流灾害，造成遇难1434人，失踪331人的重大事故（张旺锋等，2011）。三峡库区某县城受滑坡影响，选址问题多次更改，均说明了约束性条件的极端重要性。

（3）保证性地质条件调查

保证性地质条件是维持城市人口正常生产生活的基础资源，属于城市保障性资源，包括水资源、矿产资源和土地资源等。水是生命之源，是一个城市发展不可或缺的重要资源，在本阶段应查明区域水文地质条件，包括水资源的存储总量、补给能力、品质和补、径、排条件，确定水源的可靠性、安全性。特别是我国北方以地下水为主要供水水源的城市，要查明地下水资源承载能力，这是城市地质工作的重要内容之一。通过水资源评价以确定城镇建设规模及城镇发展模式，保证城市生活用水安全。

矿产资源是某些矿产资源型城市的基础和命脉，决定了该类型城市的建设和规划产业布局。在本阶段应查明区域成矿地质条件、矿产资源特征，揭示区域成矿规律、评价区域资源潜力和可利用资源量。如四川省攀枝花市以钒钛磁铁矿资源依托而建成，大庆以石油资源为依托而建成。

土地是人们赖以生存的物质基础，生产生活（经济）均依赖于此，在本阶段应通过地质工作准确掌握土地的自然属性，包括土地浅表层土壤地球化学特征、土地深层含水层特征、土地受深部地质构造影响程度、土地受人类活动影响等，充分发挥土地的功能属性，合理规划利用。

3.2 城市规划建设阶段

各项城市工程建设，无论其规模大小，都必须建立在地质条件安全的场所，否则会使工程造价过高或寿命降低，严重者会使工程报废，造成人员生命及财产损失。在此阶段地质工作必须回答具备约束性地质条件的性质、规模、危险性、影响范围等问题和保证性地质条件的品质、数量等。此阶段开展工作一是在重要区域、区带上对基础地质、约束性条件实施精细刻画，如地质体的三维模型构建、地下水流场及溶质运移模拟；二是注重综合性地质调查，多因素、多角度的评价地质条件影响。在重大工程建设前期应对区域工程地质条件，缓变型、突发性地质灾害，地下水、土壤环境质量状况，地下水资源，清洁可再生能源等因素进行系统的调查评价。突破以往“低精度”的水工环“单项”评价，进行“高精度”的地质条件 “综合”评价，以满足规划建设部门的需要。

（1）基础地质条件勘查

此阶段对基础地质条件要做到精细刻画，查明一定深度范围内地质体三维结构特征，特别是地层、岩性组合空间叠置关系，构造地质特征，构造活动性及其活动规律危险性，地形地貌特征等，对松散层至基岩层三维地质结构建模工作，特别是工程建设层深度范围内岩层结构的精细刻画。

（2）约束性地质条件调查评价

城市规划建设阶段对约束性条件采用高精度调查评价（比例尺为1∶2.5万～1.1万～1∶5000～1∶2000）。在广大平原区，城市建设必须查明通过规划建设区的活动构造，特别是断裂构造应精准定位其上断点位置、断带宽度、延伸方向，进行危险性评估并提出安全措施，如美国跨圣安德列活断裂上架滑轮输油管道，在断裂发生平移时随之活动而不被破坏，同时必须关注与之具有生成联系构造地裂缝的调查评价；在具备岩溶发育区域，高度关注岩溶塌陷风险，选择有效手段开展风险评估；在山区丘陵地带，对崩塌、滑坡、泥石流开展精细调查评价和风险评估；在沿海城市重点关注风暴潮的危害，同时还要关注海水与淡水的混合作用对饮用水安全的威胁。

（3）保证性地质条件调查

保证性地质条件包括水资源、土地资源、能源资源和矿产资源。水资源调查评价主要查明城市供水水源地分布、水资源量和水质特征以及受环境影响特征，提供城市饮用、农用、工业用水资源，缺水城市区域还应关注外调入水的储存问题。土地资源特别是建设用地应关注自然品质，如岩性组合、岩层结构、土质物性参数和受地质构造破坏特征，受岩石组合影响的地球化学背景特征和受人类活动影响的各种污染特征，这些都关系到土地使用功能，必须开展调查评价。清洁可再生能源在城市规划建设中的合理利用是人们关注的热点问题，现在城市生活追求高品、低碳的生活环境，极大的推动了清洁能源的勘查利用，地热和浅层地温能是优质的清洁可再生能源，具备此类资源赋存条件的城市都应大力开发利用，勘查评价工作向手段精准化、应用精细化发展。矿产资源是资源型城市建设的基础性条件，必须有具有高级别的资源量供矿山企业以及相应产业建设规划使用，与此同时矿山固体废弃物的再利用、矿山开采引发环境问题也必须予以关注。

3.3 城市运行阶段

城市运行的过程是人类活动对自然环境破坏与改造的过程，这个过程中存在人类改造环境和环境自然恢复之间的平衡关系。若二者平衡，城市将会安全运行；若二者失衡，则会发生危机甚至灾难。保障城市运行安全，一是要回答自然资源和环境的承载力的问题，以确定城市规模和扩张速率；二是要回答各项地质因素受自然和受城市建设发展影响变化趋势问题。需开展城市地质资源环境承载能力监测预警平台建设，包括若干监测系统和综合分析平台（卫万顺等，2016）。监测内容包括：地应力、地表变形、浅表层土壤地球化学、地下水质量及资源量、区域自有能源等，山区城市还应特别关注突发地质灾害，同时还应开展监测预警阈值研究。监测平台建设以保证城市运行地质安全为核心，以地质演化理论为依据，以高新技术方法手段为依托，建设平面分区、纵向分层的立体监测网，对浅层地表至深层基岩的各项地质因素进行实时监测，分析推演地质演化过程，预测预防风险，为决策部门提供可靠数据，为公众提供地学信息。

城市运行阶段开展监测工作要依托城市区域地质特征而定，一般平原区城市要监测地表变形，包括水平方向和垂直方向，确定有无活动断裂和地面沉降，并分析其对城市基础设施，如公路、铁路、楼房、桥涵、水、电、气、油、通讯、光缆线的影响；对浅表层土壤开展地球化学监测，重点是对环境影响敏感的重金属元素，如汞、铅、镉、砷、铜、锌、铬等元素预防危害发生；对于水体开展立体分层监测，地表水按流域监测，地下水按水文地质单元分层次监测水质、水量，保证饮用水安全；对清洁可再生能源开展地温场监测，掌握地温场强随空间、时间的变化特点，并合理规划利用；对于山区丘陵地带的城市运行重点对崩塌、滑坡、泥石流灾害进行监测，在详细调查基础上，科学布设监测仪器，对可供鉴别崩塌的危岩体破裂面、滑坡体的滑移面、含水量、泥石流的物源等实施监测，综合气象预报，分析致灾风险程度；对岩溶发育地区要开展松散层与可溶岩岩层界面的水动力条件监测，预警岩溶塌陷发生；沿海城市监测海水对地下淡水的侵入咸化作用和地面沉降变形进行监测，预防受其影响引发的防洪堤坝失效。

此阶段地质工作针对性强、实用价值高，对保证城市运行地质安全极为重要。工作中要关注两方面问题，一是对各类地质因素的自身演化规律的把握，这是开展监测工作的前提，监测手段、方法、仪器安置的根本依据；二是人类活动施加于地质因素的负作用机理研究，这都需要理论支撑、新技术方法依托和大数据支持。

3.4 城市转型升级阶段

城市转化升级阶段的地质工作是最高精度的地质条件适宜性评价工作，重点解决前期城市功能运行过程中对环境造成的负面影响问题。这一阶段对许多城市来说不是全部转型，而是各个特定区域的转型升级，如北京首钢搬迁区，北京城市副中心的建设区以及北京市11个规划新城建设区。这些区域聚集了长时间丰富的地质资料，许多区域还有动态监测数据，运用海量地学数据加以少量实地勘验，实现对区域地质条件的全面综合评价，提出最适宜的规划建设地学建议，同时在此阶段必须对有地质隐患危害的区域开展自然功能恢复与治理，使环境功能恢复到无害状态，这是该阶段的核心工作。如对废弃矿山土地的恢复治理，对污染土地的修复治理，对原始河流污染恢复治理等，使新一轮城市规划建设更加科学合理，更加贴近人与自然和谐发展。

4 结论

（1）城市地质工作贯穿于城市建设发展的始终，是城市建设发展的基础性、先行性工作。城市建设发展可划分为选址布局、规划建设、运行完善和转型升级四个阶段，与此相应的城市地质工作可划分为区域地质资源环境调查，城市地质资源环境调查评价，城市地质资源环境监测预警，城市地质环境功能恢复四个阶段。

（2）城市建设发展不同阶段对地质工作的需求具有不同内容和精度，地质工作由定性到定量，再到动态监测、机理研究和功能恢复，其研究精度越来越高。城市地质工作在这样四个阶段的发展过程中，使人们对地质演化规律和城市发展建设规律之间关系的认知不断提高，保障城市发展地质安全的能力不断提高。

（3）城市地质工作是以基础地质调查评价为核心的综合性地质工作，必须根据城市区域地质特征和建设发展需求部署专项工作，保证资料完整性。随着城市地质工作程度深化与提高，城市建设发展更加高质安全，城市更加贴近和谐宜居。

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Research on the relationship between urban geological work and urban development

ZHENG Guisen, WEI Wanshun, YU Chunlin, QIN Junsheng, WANG Jiming, LIU Zongming, XU Jixiang, LI Xiaolong
(Beijing Geology Prospecting & Developing Bureau, Beijing 100195)

Urban geological work is a basic and antecedent work throughout the whole process of urban construction and development. The development of urban construction is divided into four stages: location stage, construction stage, operation stage and transition stage. Corresponding to the city construction and development of geological work in different stages can be divided into regional geological survey, urban geological survey and evaluation, urban geological environment monitoring and early warning system, urban geological environment function recovery etc. This article focuses on the demand of the urban geological work in different development stages and proposed work objectives, and put forward objectives, tasks and related requirements.

urban geological; urban development stage; geological conditions; safe operation

P5

A

1007-1903（2016）04-0001-06

10.3969/j.issn.1007-1903.2016.04.001

郑桂森（1959- ），男，硕士，教高。长期从事基础地质、资源与环境地质工作。