新时代新形势下天津市城市地质工作构想

2019-09-10鲁庆伟

城市地质 2019年3期

摘要：城市地质工作是城市规划、建设、运行管理的重要基础，在城镇化建设过程中具有非常重要的战略意义。天津市城市地质调查经历了1.0版本、2.0版本，目前打造新时代城市地质3.0升级版本。新时代城市地质工作应进一步加强多方联动机制，全面贯彻“创新、协调、绿色、开放、共享”五大发展理念，牢固树立“山水林田湖草生命共同体理念”等工作理念。针对天津市“空间、资源、环境、灾害”等多要素关键地质问题，构建了天津市“41111”工作体系。即建立4项多要素调查、1项评价、1项建模、1项监测网建设、1项云平台建设。

关键词：天津市;城市地质;多要素;新时代;新形势;地质工作

中图分类号：P5 文献标识码：A 文章编号：1007-1903（2019）03-0045-08

Conception of Urban Geological Work in Tianjin under the New Era

LU Qingwei

（Geological Institute of North China Geological Exploration Bureau of Tianjin， Tianjin，300170）

Abstract： Urban geological work is an important basis for urban planning， construction， and operation management， which has an important strategic significance on the process of urbanization. The urban geological survey of Tianjin has undergone 1.0 and 2.0 versions， and now is being built as a 3.0 upgrading version. In the new era， for the urban geological work， it should strengthen the multi-linkage mechanism， comprehensively implement the five development concepts of "innovation， coordination， green， open and sharing"， and firmly establish the working concepts of "the concept of life community of mountains， rivers， fields， lakes and grasses". Aiming at the key geological problems of Tianjin such as "space， resources， environment and disasters"， the paper conceives the future urban geological work. At the same time， the work system of "41111" in Tianjin has been constructed， i.e.， four multi-factor surveys， one evaluation， one modeling， one monitoring network and one cloud platform.

Keywords： Tian city; urban geology; multiple elements; the new era; the new trend; geological work

0 前言

以往城市地质调查工作，形成了我国城市地质资源环境条件的初步认识，在服务城市规划、建设和运行管理上取得了一定的服务成效，但是随着我国城镇化建设日益加快，“城市病”日益突顯，同新时代新形势下人们对美好生活向往极不协调。需要进一步加强城市地质调查工作（张茂省等，2014;郝爱兵等，2017;卫万顺等，2018）。大力提升城市地质调查工作服务新型城镇化建设的质量和能力，为“透明城市”“绿色城市”“智慧城市”等建设提供地学服务。

1 天津市概况

天津市位于华北平原东北部，西依太行山，北靠燕山，东临渤海湾，素有“九河下梢”之称。第四纪以来受河海交互作用，宝坻蓟运河断裂以南平原区发育厚层松散堆积沉积物，以北则为低山丘陵地貌。

辖区内断裂构造发育，部分为新构造活动断裂。按断裂展布方向，主要有北东-北北东向，北东东-近东西向、北西-北北西向等。其中以北东-北北东向、北西-北北西向断裂为主，且北西-北北西向断裂切割北东-北北东向断裂，造成区内棋盘状构造单元发育。Ⅳ级构造单元主要有冀中坳陷、沧县隆起、黄骅坳陷和蓟宝隆褶（图1）。

区内蕴藏的矿产资源主要有煤及煤层气、石油及天然气、浅层地温能、地热资源等。其中清洁能源地热资源丰富，开发利用前景远大。

2 国内外城市地质工作进展

2.1 国外城市地质工作进展

国外城市地质工作大约起源于20世纪20年代，具有代表性的是德国绘制的用于城市规划的特殊土壤分布图（吕敦玉等，2015;程光华等，2018）。30年代，德国为Bodenatlas城市扩建规划编制了土壤图集。二战后，欧洲和北美地区进入系统地质填图时期，用于指导城市规划和建设，但多为单纯查清地质条件的定性描述。60-70年代，工业化国家城市地质工作开始涵盖废弃物处置、水土污染防治、地质灾害风险性评估、地下水脆弱性评价、多目标地球化学、生态地质调查等多种内容的综合调查研究。80年代，电子数据带动全新主题填图工作，图件编制指标更多的定量化及用户化。城市地质工作对地下水等地质资源保护意识增强。90年代以来，地质信息传统纸介质的图件、报告提升到建立空间数据库和GIS平台上的地学信息系统，实现信息及时更新、动态评价和社会共享。21世纪开始，城市地质工作以整体观点研究城市地质问题的工作得以深化，“动态化、超前化”是国外城市地质工作的特点。

2.2 国内城市地质工作进展

我国专门性的城市地质工作起步于改革开放初期，不同历史时期针对不同工作目的均取得一定的成就（林良俊等，2017;卫万顺等，2018;张茂省等，2018）。1999年国土资源大调查以来，2004-2012年相继完成了全国306个主要城市的环境地质问题摸底调查，初步查明了城市环境地质问题及地质资源状况。2004-2009年完成了北京、上海、天津、广州、南京、杭州6个城市的三维地质调查试点，以上海为代表，称为城市地质1.0版。从2009年开始采用部、省、市多方合作模式，完成了福州、厦门、泉州、苏州、镇江、嘉兴、丹阳、合肥、石家庄、唐山、秦皇岛、济南等28个城市地质调查工作。2010年以来，为服务国家区域战略和主体功能区划的需求，组织开展了京津冀、长三角、珠三角、海峡西岸、北部湾、长江中游、关中、中原、成渝等重点城市群综合地质调查工作。进一步从资源、能源、环境等方面拓展了调查内容，基本实现了综合性地质资料的信息化集群化，可称为城市地质2.0版。2018年起，为更好地服务国家新型城镇化战略和生态文明建设，大力推进多要素城市地质调查试点工作，打造城市地质工作3.0升级版。

3 天津市以往地质工作存在不足

从20世纪50年代起至今，天津市取得了大量地质成果资料，但是基础性区域地质数据未进行系统性梳理，存在更新不及时、集成不足等问题，特别是2013年以来推进的1∶5万平原区第四系区域地质调查，在地层、构造等方面已有新的成果认识，尤其是对中更新世地层间断取得突破性认识（鲁庆伟等，2018）。工程地质调查以点上或线性调查为主，区域性工程地质总结认识及精度不足，且勘探深度多集中在15～30 m。2015年以来的1∶5万环境地质调查，钻探深度补充到50～80m，但难以满足重大工程需要，地下200m以浅空间结构及资源储备量有待进一步摸清。水文地质调查缺乏区域性1∶5万比例精度调查。环境地质区域性调查不足（仅开展9幅5万精度）。以往城市地质调查工作主要集中在中心城市和滨海新区，外围区工作不足;重点区域三维地质结构精度有待进一步提高，多门类自然资源和生态环境调查有待进一步加强。地热资源勘探井、勘探区及热储层位集中，外围区及中深部地热资源勘探程度较低，热储结构有待进一步厘定，东营组、奥陶系热储有待进一步探测。需进一步加强开展山水林田湖等多门类自然资源调查和资源环境承载力评价。应补充一些现势性地质资料，将已有成果资料进行及时更新、模块化、系统化、云服务化，全面加强多要素城市地质工作。

4 新时期新形势下城市地质工作

4.1 构建新时期工作体系

党的“十九大”明确指出：加快生态文明体制改革，建设“美丽中国”，推动绿色发展，着力解决突出环境问题。中央要求城市地质工作要贯彻“创新、协调、绿色、开放、共享”五大发展理念，着力解决“城市病”等突出问题。2017年城市地质调查工作首次出现在中央政府工作报告中，具有里程碑式的意义。2018年3月，自然资源部提出牢固树立“山水林田湖草生命共同体理念”;突出多门类自然资源综合调查内容;增强地表水、土地、林草、湿地等资源调查。《城市地质调查总体方案》（2017-2015年）提出大力推进“空间、资源、环境、灾害”多要素的城市地质调查，开展重大科技攻关，搭建三维城市地质模型，构建地质资源环境监测预警体系，建立城市地质信息服务与决策支撑系统云平台，为构建协调发展的城市格局，促进城市绿色、低碳、循环、安全、集约、智慧发展提供有力支撑。

因此，为响应顶层设计和新时期城市发展对地质工作的新需求，天津市城市地质工作应构建“4、1、1、1、1”城市地质工作体系，即建立4项多要素调查、1项评价、1项建模、1项监测网建设、1项云平台建设（图2）。其中：

4项多要素调查从整体上綜合考虑天津市规划的需求，超前化服务于城市发展。加强“空间、资源、环境、灾害”等多要素、多学科、多手段技术合力城市地质调查工作。

1项评价在天津市地质资源禀赋与地质环境本底的基础上，以区域发展现状规划为基础，确定承载力评价对象，开展地质资源环境单要素承载能力评价和综合承载能力评价。

1项建模即三维建模，构建“透明天津”建设，服务于城市立体发展和地下空间安全利用。主要包括4类典型模型：①第四系三维地质模型。反映第四系松散层空间分布变化情况，用于城市地下空间开发、地面沉降治理、综合研究城市工程建设等。②基岩三维地质模型。反映基岩面起伏、岩石地层及断层等信息的三维模型。用于研究活动断裂的分布与活动规律，评价活动断裂对城市规划和建设的影响和危害，评价基底地壳稳定性等。③水文地质三维地质模型。该模型是反映地下水资源分布状态和地下水含水层（隔水层）的三维结构模型，为地质环境保护及地下水资源评价利用与规划研究提供依据。④工程地质三维地质模型。应加强200 m以浅地质岩性空间展布的三维地质结构模型。目的是获取工程参数，为地下空间开发、规划与建设的地质环境条件评价和决策提供依据。

1项监测网建设重点分为两类：一是建设天津市地质灾害网。全面加强对天津市第四系深大隐伏活动断裂、地面沉降和崩塌、滑坡等地质灾害监测预警。二是建设天津市水土质量监控网，加强对土壤和水环境质量监测管控。

1项云平台建设利用“互联网+地质大数据”构建天津市地质信息管理与服务云平台。针对不同用户（政府部门、地质专业技术单位、社会公众）的地质信息需求，开发PC浏览器端、移动端等方式的系统，建立地质信息共享和服务的平台，为用户提供形式多样、内容丰富的地质信息，满足更广泛用户的需求。

4.2 创建新时期工作理念

（1）建立多方联动机制，打破技术壁垒和行业壁垒，实现地区城市地质工作统筹部署、资料与成果共享。

建立多方联动机制，试点城市已取得成功经验，例如上海创新了“部市合作机制”。丹阳探索了国土资源部中国地质调查局、省级国土资源主管部门、城市人民政府等三方合作的有效机制，建立了在全国可推广可复制的工作模式。雄安新区形成了中央公益先行、地方政府跟进、市场主体参与城市地质实施模式。目前基本形成了中央引导、地方主导、多部门联合的城市地质调查模式并取得明显成效。

天津市应进一步加强建立多方联动机制，借鉴试点城市成功经验做法，实现地区地质调查工作统筹部署、资料与成果共享，打造“天津模式”的多要素城市地质调查3.0升级版。

（2）贯彻“创新、协调、绿色、开放、共享”五大发展理念，牢固树立“山水林田湖草生命共同体理念”。

2018年发布《中共中央国务院关于全面加强生态环境保护坚决打好污染防治攻坚战的意见》，全面打响了“蓝天、碧水、净土”三大保卫战。为深入贯彻党的十九大精神，全面落实全国生态环境保护大会部署，践行“绿水青山就是金山银山”的理念，同年，天津市政府印发《天津市打赢蓝天保卫战三年作战计划（2018-2020 年）》《天津市打好碧水保卫战三年作战计划（2018-2020 年）》《天津市打好净土保卫战三年作战计划（2018-2020 年）》。以往城市地质工作对于山水林田湖草、地质遗迹、矿泉水及浅层地温能等自然资源调查工作不足，难以支撑天津市绿色发展的理念。新时期天津市多要素城市地质3.0工作也理应响应国家和地方政府全面加强资源、生态环境利用与保护工作，贯彻“创新、协调、绿色、开放、共享”五大发展理念，牢固树立“山水林田湖草生命共同体理念”，为建设生态宜居的现代化天津奠定坚实基础。

（3）以地球系统科学理论为指导，坚持可持续发展和多圈层长期动态平衡，开展前瞻性城市地质工作。

地球大气圈、水圈、生物圈、土壤圈以及岩石圈等，为一个共生平衡生态系统。当前城市地质调查工作要适应新时期新型城镇化发展新需求，应树立“大资源、大环境、大数据”思维，聚焦城市规划、建设、运行、管理的重大问题，利用城市地球系统科学理论，满足城市地上地下统筹规划、资源环境协调开发与保护以及可持续发展等新要求。

5 下一步工作构想

落实《城市地质调查总体方案》指导思想和“4、1、1、1、1”城市地质工作体系和新时期工作理念。

5.1 4项多要素调查

（1）空间

查明地质三维结构，构建 “透明城市”，统筹地上地下，拓展城市发展空间，为城市建设布局及优化提供地质信息服务。

京津冀一体化，是以习近平总书记的党中央作出的一项重大战略决策，其区域空间格局为“一核、双城、三轴、四区、多节点”（图3）。其中“三轴”中的京津发展轴和京唐秦发展轴涉及天津市城镇格局西部城镇发展带上的重要节点城市宝坻区、武清区、中心城市和滨海新区，为更好的对接京津冀发展，疏解非首都功能，区内京滨高铁、京唐高铁、津雄高铁等交通先行，环内及滨海新区的“地铁”和“云巴”以及“津南会展中心”等重点项目工程快速建设，“三条红线”限制，急需查明地质三维结构，统筹地上地下空间，拓展城市发展空间。

天津市地下空间开发利用总体规划（2017-2030年）将市域地下空间體系划分为三个层次：核心建设区、重点建设区以及一般建设区。其中，核心建设区包括中心城区和滨海新区核心区。2005-2010年城市地质调查已完成2.5万精度地质结构调查。重点建设区为天津城乡居民点体系中的“辅城”与“功能组团”。辅城分别为西青城区、津南城区、武清城区、宝坻城区、宁河城区、静海城区和蓟州城区;功能组团分别为武清产业新城组团、未来科技城组团、东丽湖组团、北辰产业组团、子牙组团、京津新城组团、宁河产业组团。拟开展的多要素城市地质工作可优选开展与对接京津冀关系密切和天津市轨道交通规划建设密切的辅城武清城区、宝坻城区、西青城区、津南城区以及功能组团武清产业新城组团、京津新城。

另外，武清-北辰-东丽一带是物流产业园区、也是规划高科技技术产业园区。至塘沽天津港一线，可以考虑做线性工程地质与地下空间调查，未来可规划出地下物流智能系统综合管廊，发挥沿海港口优势。

与日本、加拿大、美国、法国等发达国家相比，我国城市地下空间开发深度较浅，多数开发深度在 30 m 以浅，仅上海局部地区达到70 m（林良俊等，2017）。

目前，地下空间开发深度利用层段，10m以浅多用作停车场、停车场、地下综合体、下沉式广场、综合管廊等。10～50（30）m轨道交通、地下快速路、物流通道、物资仓储等。50（30）～100 m，地下高速公路、战略防御工事、雨水调蓄等。100～200 m，多功能潜在开发空间，200～2000 m，废物处置、废液灌注、深地实验室等。

雄安新区重点开展了200 m以浅地下空间地质调查，而天津市前期城市地质调查100 m以浅。天津市作为直辖市，下一步可开展200 m以浅地质调查，既可以满足100 m以浅目前地下空间开发深度利用，又有后备空间储备资源。

城市地下空间开发利用地质安全非常重要（葛伟亚等，2015），同时需要开展以地质资源、环境、生态、安全及土地利用等为主要内容的国土空间开发地质适宜性评价，并对关键要素的正负面清单进行评价（程光华等，2018）

（2）资源

摸清地质资源家底，开展清洁能源地热、优质耕地和水资源等调查评价，支撑服务城市绿色发展，为城市发展提供地质资源保障。

清洁能源地热调查天津市地热资源丰富，已圈出了十大地热异常区（图4），4000 m以浅热资源总量899.484×1018J，可回收量177.419×1018J，相当于60.54亿吨标准煤（天津市地热资源现状调查评价，2015）。勘探工作起步早也做了许多工作（图4），对地热资源评价和开发利用研究（马凤如等，2006;茹洪久等，2018）以及大量的地热成因、热储层、流体地球化学研究工作。但勘探井集中，开发强度较大的集中开采区位于经济发展速度较快的中心城区至滨海新区的东西向发展轴带上，主要包括中心城区、东丽区和滨海新区。全市共有开采井398眼，其中集中开采区有277眼，占总数的70%，最小开采井间距不足1km（林等，2016）。且勘探热储层位集中，基岩热储层奥陶系、寒武系及中上元古界Jxw组地热资源勘探程度明显不同，多集中在沧县隆起构造中心城市部位的Jxw组热储（占开采井的31%）;新近系馆陶组（占开采井的34%），孔隙热储东营组热储层研究程度极低，天津断裂西奥陶系热储层研究程度低，天津市十大地热异常区之一的王庆坨地热异常区仍是空白区，需进一步加强工作。

资源储量及六大热储层结构（新近系明化镇组、新近系馆陶组、古近系东营组、寒武系、奥陶系、蓟县系雾迷山组）也需进一步摸清，特别是开发利用较高较集中的基岩热储。同时，在天津市范围内地热异常区向深部及中心城市外围区、开发利用及回灌技术和资源制度管理上需做进一步工作，也是响应国家向深部资源探测的号召，也是摸清资源量，合理充分利用清洁能源之所需。

优质耕地调查为确保城市发展“菜篮子”“米袋子”，在天津市环城高端农业区和中南部高效农业区规划区块，开展大比例尺土地资源和生态环境质量调查评价，为高标准农田建设和特色农业建设、规划服务，也为土地利用提供精准地学依据。

水资源调查天津市淡水资源不足，饮用水多依赖于引滦入津和南水北调，应加强应急水源地储备调查，并对极端情况下淡水供应应急预案以及可能引起的地面沉降等趋势作出判定、模拟。同时应加强对引水明渠、水库及主干河流和地下水生态环境质量进行现状和发展趋势调查以及动态监测。

（3）生态环境

探明地质环境问题，为城市安全提供技术支撑，提升“美丽城市”和宜居水平。

生态环境监测山水林田湖草等生态资源对于美丽城市建设极其重要，正如习主席所说“绿水青山就是金山银山”。应充分利用3S技术、无人机技术、互联网+，构建空天地一体化的监测网络，开展其现状、发展趋势调查及1～3年为周期的动态监测，为天津市生态系统保护、长远发展建设提供合理化建议。

地质灾害天津市各类地质灾害较多，不同行政区面临的地质灾害有所不同，其中以崩塌滑坡泥石流、地面沉降、地震等问题最为突出。崩塌滑坡泥石流主要分布在北部蓟州山区，地面沉降主要是宝坻断裂以南的平原区。天津隐伏断裂发育，大于2.5km的有100多条（天津市国土房管局地质事务中心等，2016），且地震活动与新构造活动有关。天津市的主干隐伏断裂有：沧东断裂、天津断裂、海河断裂、宝坻断裂、汉沽断裂、大城断裂等。多具有分段性、相互切割，造成区内棋盘状断块发育。复杂的隐伏地质构造需要高精度探测手段定位，特别是城市内，安全隐患大也是探测薄弱之处。特别是活动隐伏断裂经过的城区或重要线性工程的，必须进行进一步调查和动态监测，以管控城市地质安全风险（卫万顺等，2018）。虽然地球物理探测在城市地质调查中发挥重要作用，但也受到外部客观环境的制约（赵文津，2003;周立军等，2009）。因此，研发城市高干扰环境条件下地质物探仪器抗噪、去噪技术方法与数据处理专业系统至关重要。

同时，天津作为沿海城市，又面临着海水入侵、海底滑坡、海岸侵蚀淤积、风暴潮等重大地质问题，也需进一步开展陆海联合的地形地貌、海滩、海岸线及变化特征研究。

5.2 1项评价及预警

冯小铭等（2003）指出，城市地质工作具有综合性、地域的独特性等特点。天津市为沿海城市，地质资源环境承载力评价理应开展陆域评价和海域评价，以增长极限论为理论基础，以区级行政区为评价单元。选取城市发展主要制约因素作为评价指标体系，前者包括空间资源、矿产资源、土地资源、水资源、生态环境五项要素;后者包括海洋空间资源、海洋渔业资源、海洋生态环境三项要素。统筹陆海，采取“短板效应”和“三类、五级”评价方案（樊杰等，2017）。

另外，也要注重资源环境承载力的时空动态关联，随着京津冀一体化发展以及人类技术进步和组织管理水平的进步，也将带来承载力弹性的提升。

5.3 1项三维建模

建立模型主要为第四系和基岩建模、水文地质和工程地质建模等。

天津市断裂构造发育，特别是第四系沉积相变快，因此第四系层段建模宜采用交叉剖面交互式建模，平面建模精度重点区域1万～5千精度，一般区域5万～2.5万精度。垂向建模精度重点加强200m以浅地层建模，便于统筹规划地下空间资源。

结合前期成功试点城市工作经验，构建相对统一、高效三维建模技术，与新一轮的新时代新形势下多要素城市地质调查试点城市形成技术合力，打造新型城镇化建设通用三维建模技术标准和规范。

5.4 1项监测网建设

针对天津市崩塌滑坡泥石流、地面沉降、活动断裂以及海水入侵等自然灾害和水土质量安全问题，充分利用3S技术、无人机技术和“互联网+”技术建立天地一体化的动态监控体系，为城市减灾防灾服务。

5.5 1项云平台建设

（1）建设地质信息云平台，根据不同需求设计针对性的服务产品，为“透明城市”“智慧城市”管理提供服务，并贯彻于城市规划、建设和运行全过程。

（2）搭建地质科普平台，讲好天津海陆演化故事。

关于天津市海侵和海岸线变迁做了较多工作（赵松龄等，1978;王强等，2007;王宏等，2010）。但目前对于贝壳堤道数、海侵范围及时代有待于进一步工作。在此基础上，做好科普教育和旅游资源开发。

6 結论

（1）天津市城市地质工作经历了1.0版本、2.0版本，目前正在打造新时代新形势下城市提质阶段的3.0升级版本，即大力推进“空间、资源、环境、灾害” 等多要素城市地质调查工作。

（2）为响应顶层设计和新时期城市发展对城市地质工作的新需求，需建立多方联动机制，打破技术壁垒和行业壁垒，实现地区城市地质工作统筹部署、资料与成果共享，并贯彻五大发展理念，牢固树立“山水林田湖草生命共同体理念”等工作理念，同时构建天津市“41111”工作体系，针对性的对天津市“空间、资源、环境、灾害”等多要素方面的关键地质问题进行了今后城市地质工作构想。

参考文献

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