海岸带地质工作中陆海统筹的方法论探讨

黎 兵, 王寒梅, 史玉金

(上海市地质调查研究院，上海 200072)

0 引言

近年来，我国海岸带地质工作蓬勃发展，形成了系列地质调查和监测的技术规范[1-2]，开展了环渤海、长三角和北部湾等地的综合地质调查[3-5]，积累了大量的基础数据，编制了系列成果图件[6-7]。但受工作条件和技术手段差异等的影响，已有工作多按陆区和海区独立开展，未对二者进行有效统筹。十九大报告提出实施“区域协调发展战略”和“坚持陆海统筹”的要求，为我国未来的海岸带地质工作指明了方向。为此，中国地质调查局进一步明确了新时期海岸带工作的目标任务[8]。由于陆区和海区的工作程度、人类活动影响程度和相关技术标准等方面的显著差异，如何实现“陆海统筹”也成为当前海岸带地质工作亟需攻克的难点。尽管很多统筹工作正在北部湾和粤港澳大湾区进行积极探索[4]，且在部门协作和机制建设上也取得了可喜进展，但在技术层面上的工作思路尚未成熟。上海作为率先开展海岸带综合地质调查与监测的地区之一，对陆海统筹实施方法进行了一些有益的探索，取得了一些认识。基于上海海岸带地质工作实践与思考，结合全国海岸带地质工作现状，本文尝试对海岸带地质工作中陆海统筹的思路进行总结，旨在为全国开展海岸带地质工作提供借鉴。

1 陆海统筹的内涵

陆海统筹，即对陆域和海域进行通盘考虑[9]。20年来，随着人口、资源、环境问题的日益突出，陆海统筹对经济社会发展的重要性不断凸显，很多学者从不同角度阐述了陆海统筹的思想和内涵[9-11]。但已有研究多着眼于气象、海平面、生物及水体等环境信息[12-14]，亦或基于经济发展和管理层面，或着重于空间规划[15]和机制建设[16]。对海岸带地质工作，中国地质调查局[17]明确要求消除陆海屏障，克服陆海分隔、专业分离的问题，并提出围绕重大地质问题和重大工程安全保障进行统筹部署。但在实施层面，由于工作实践和积累时间短，尚未形成成熟的技术标准，限制了相关工作的有效推进和成果落地。

基于我国海岸带地质工作现状和上海的工作实践，本文认为，海岸带地质工作的陆海统筹在技术层面应包含“陆海一张图”和“陆海联动”两个方面的要求。前者代表由“两张图”到“一张图”的转变，即成果图件的陆海一体化。受制于陆区和海区技术标准和工作程度的差异(陆区工作程度往往较海区为高)，我国海岸带陆区和海区成果多用“两张图”分别表示，二者相互独立，难以有效整合的问题非常突出，很多已有成果图件的整合也难免流于形式或牺牲数据的科学性。因此，在海岸带地质工作中，着眼于陆海成果图件一体化应成为实现陆海统筹的重要目标。后者则为实现“陆海联动”，因为水是连接陆海的载体，在陆海联动监测中，水体应成为重要对象。海平面上升对城市安全的影响、海水入侵对陆区地下水的影响、陆区污染对海域生态环境的影响等陆海环境变化的相互影响和相互作用过程都是通过水体实现的，因此，加强对水体的监测是加深陆海地质过程的理解和实现陆海统筹的必然要求。

2 陆海统筹的内容

为实现海岸带地质工作中的“陆海一张图”和“陆海联动”，除了要加强海区定位、地下水和地层形变监测、滩涂区物探和钻探施工等技术方法上的探索外，还要在外业工作部署和成果图件编制的工作思路方面有别于以往单独按陆区或海区开展的工作。

2.1 外业工作部署

2.1.1 地质调查

在海岸带地质调查工作中，主要关注地表沉积物及以下地层特征。开展的外业工作包括底质表层取样、底质柱状取样、地质钻探和地球物理探测。在外业工作部署上，相关技术规范明确了不同比例尺调查精度的部署网格要求。但基于工作实践，本文认为，规定的量化网格不应成为强制条件，只能作为工作量部署的参考性约束。而了解海区条件是基础，因为其对网格部署构成限制。如水深、海底抛石或新建堤坝等海区条件是船只能否前往施工的基本前提，其处于不断变化中(尤其对长江口等河口地区)，且难以通过遥感影像准确识别。因此，提前进行海上航行踏勘并定位船只不便前往的精确边界点，成为外业工作部署是否具可操作性的保障。

从陆海统筹角度，除考虑海区条件和规定网格外，还要考虑外业工作部署需结合陆区已有可利用资料的分布和需要解决的区域性地质问题，以利于后期陆海一体化成果图件的编制。如对于地质钻孔的布置，除了要考虑控制不同区域地层特征外，还要考虑与陆区联合形成地质剖面的需要。对于工程地质钻孔，可垂直区域重要工程地质层的总体分布部署钻孔剖面，以实现控制全区工程地质特征的目的。而第四纪地质钻孔应以控制区域古地理条件和演化规律为目标部署剖面。对于底质表层和柱状取样及地球物理探测亦然，以需要解决的陆海环境或科学问题为目标，并兼顾控制不同地质单元和调查区地质条件。对于地球物理探测，由于海区和陆区调查技术方法差异较大，陆区除了开展地震、重磁等物探调查外，也可在河道布置一定浅地层剖面或单道地震工作作为海区相应工作的延伸，以便于陆海一体化成果的综合解释。

2.1.2 地质环境监测

目前，我国海岸带地质环境监测对陆区和海区关注重点截然不同。陆区重点关注地面沉降、水土污染、地层形变和海水入侵等问题，而海区关注的问题包括底质污染、地形变化、湿地退化和海底滑坡等。为便于形成陆区和海区一体化成果，有必要对监测指标归类，并统一部署外业工作。根据国内外监测现状及陆海一张图和联动需要，本文将主要监测指标总结为地上条件、地表条件和地下条件3类(图1)。

图1 海岸带地质环境监测陆海统筹指标分类和统筹路径

地上条件以地上水体(包括地表水和海水)为代表，因为水体是反映陆区与海区条件差异与联动的载体。为便于陆海联动，陆区可通过河流监测水体条件变化，监测指标包括水位、温度、盐度、悬沙浓度、流速流向和水质等。水位对陆区河流可表现为径流量，对海区可作为海平面变化指标。

地表条件是目前我国海岸带地质环境监测的重点，监测指标主要包括地表高程、地表沉积物和地表生物3类。其中，地表高程在陆区和海区分别表现为地面沉降和侵蚀淤积监测。由于陆区和海区高程基准不同(海区多用理论最低潮面)，根据上海工作实践，利用陆区或海岛基岩监测标通过水准测量引测至海堤监测点，以海堤监测点为起点部署潮滩和水下地形监测剖面(图2)，即以海堤和海岛为纽带实现陆海基准的统一。地表沉积物则为土壤和海底沉积物，因二者物理特性和分类标准不同，结合环境质量监测的社会需求，统筹监测可以化学指标为重点。地表生物主要包括植被和底栖生物，以滨海湿地为统筹监测重点区，同时记录了陆海环境变化。

图2 地表高程陆海统筹监测示意图

地下条件监测指标归纳为地下水水质水量、地层形变和地应力3类，分别对应于海水入侵、地面沉降和地震等环境地质问题。受水域施工技术水平限制，在海区监测应用少见。为实现与陆区的统筹监测，海区可利用海岛部署相关工作，因为海区地下条件变化受海水影响较小，海岛在一定程度上可发挥空间上控制的作用。

针对陆区和海区地上、地表和地下条件进行统一部署并实施监测，为海岸带成果的陆海一体化带来便利，在监测时间和频率上进行统一部署，将进一步增加相关监测数据的可比性。统一部署、同步监测应成为海岸带地质环境监测中实现陆海统筹的方向。

2.2 一体化成果图件编制

成果图件是地质调查成果的集中体现。利用前述统一外业工作部署获取的数据，方便了一体化成果图件的编制。但对于钻孔、地表高程和地表沉积物数据，其陆区和海区采用的技术手段或技术标准存在差异，仍会导致二者难以科学、有效地进行整合。因此，在成果图件编制中有必要对陆区和海区数据标准进行统一化处理，对分类差异导致的问题还需进一步简化分类。

2.2.1 地下图件一体化

对于物探成果，通过在陆区河流拓展物探调查，陆海物探数据成果易于整合和实现地下图件一体化。对主要利用钻孔数据编制的地表以下地质成果图件，可通过钻孔数据标准的统一实现陆海一体化。如根据前述外业工作部署控制的系列地质剖面，可编制形成第四纪地质图、古地理图、工程地质层埋藏分布图和工程地质分区图等陆海一体区域性成果图件。但在地质剖面编制前，要求在陆区和海区地质钻孔的岩心编录、取样测试、沉积相识别、钻孔分层和孔口标高等方面进行统一，即实现钻孔综合柱状图的统一绘制。由于陆区工作程度一般较海区的高，以利用已有钻孔为主，如陆区实物岩心得以保存，可根据海区标准开展补充编录和岩矿测试等工作。孔口标高则可根据钻孔孔位基面关系统一标准。

2.2.2 地表图件一体化

相对地表以下成果图件的编制，地表高程和沉积物等地表信息技术标准约束更为精细，为统一数据标准，需进行更多尝试，才能从陆海成果的“机械隔离”实现二者的“有机整合”。

对地表高程，最显著的问题是陆区高程基准为平面(如黄海85高程基面)，而海区常用理论最低潮面的曲面。为保障陆海一体化成果的科学性，要求建立二者的基面关系曲面如图3所示。该图根据上海近岸海域覆盖全区的23个长期潮位观测站基面关系，并结合岸线、导堤约束绘制，陆区示吴淞基面0 m高程，该曲面在长江口水域总体向南东倾斜，杭州湾水域向西倾斜。据此，可将陆海高程数据相互转换。

图3 上海近岸海域理论最低潮面相对吴淞基面的曲面模型示意图

该曲面的构建主要基于海区内尽可能多的潮位站基面关系数据，还需利用海堤、海岛和海洋工程分布约束曲面边界。除了统一基面，还要在叠加高程数据、编制垂向变形图件时，考虑数据精度差异问题。因为采用水准技术测量的地面沉降数据精度为毫米级，而利用船载测深技术测量的水下地形数据精度为分米级，二者变化幅度差异很大，统一按照陆区或海区分级标准绘制的图件都难以表达一体化信息。对这类数据，可统一分级数量，保留各自数值和图例，并以相同颜色不同花纹表示陆区和海区的差异。如陆区沉降量和海区侵蚀淤积量均按各自标准分为7级，侵蚀程度最大的等级对应于沉降量最大的等级，均以相同颜色表示，同时对海区充以相应花纹，其他等级类推。

对地表沉积物，因陆区土壤和海底表层沉积物分类标准不同，数据标准难以实现完全统一。但根据海堤或岸线附近沉积物类别进行比对，并识别不同类别的相似性，同时对分类复杂的土壤进行简化处理，也可形成一体化图件。为避免牺牲成果图件的科学性，在土壤和沉积物的花纹和图例上应明示区别。简化分类的方法不仅对地表沉积物类别可行，对地球化学评价图件同样适宜。上海陆区土壤环境质量分为4级，海底沉积物分为5级，在陆海一体化图件中，将其简化为良好、一般和较差3级。尽管一体化图件损失了大量原有信息，但简化的分类方便了对区域地质条件的理解和成果应用。

2.2.3 地上图件一体化

因为地上条件以地表水和海水为代表，对没有河流分布的大部分陆区不便覆盖，不适于陆海条件的完全一体化。但地上条件动态变化可采用相同技术方法进行监测，易于编制覆盖河流和海区水体监测指标的图件，如水位水质、流速流向等监测指标的时空分布和变化图。这些图件对于理解陆海作用过程和评价人地关系及相互影响无疑具积极意义。由于陆区河流通常较窄，不利于在区域成果中直观展示，可在图件表达上按比例加宽处理。

3 结论

(1)陆海统筹要求陆海成果一体化和以水为媒介进行陆海环境监测联动。

(2)当前海岸带地质工作中的陆海统筹可在外业工作部署、成果图件编制和调查技术创新等方面开展更多探索，并形成新的技术标准，以指导这项工作有序推进。

(3)为实现陆海成果一体化，外业工作部署上应以区域性地质成果为导向，以陆区河流和海区海岛为补充，以海堤或岸线为纽带。在地质环境监测上应明确陆海一体化监测指标进行统一部署，同步监测。主要监测指标可分为地上条件、地表条件和地下条件3类。在一体化成果图件的编制上，统一陆海数据标准和适当简化分类，在一定程度上可实现陆海成果图件的有机整合。

致谢： 本文工作得到上海市地质调查研究院严学新、方正教授，天津地质调查中心孙晓明、肖国强教授，青岛海洋地质研究所印萍研究员，武汉地质调查中心黎清华博士的支持和指导。曹健绘制了部分图件。在此一并致谢。