许昌市城市地质调查现状与需求分析

2020-07-07涂良权班宜红马雁飞沈卫立蒋朝军

城市地质 2020年2期

涂良权班宜红马雁飞沈卫立蒋朝军

摘要：许昌市在2007年启动过城市地质调查工作，但评价成果局限于城市环境，未涉及空间、资源、灾害等要素，且研究程度较浅。许昌市作为中原城市群核心城市，城市建设迫切需要城市地质调查成果的支撑。许昌市城市地质主要研究方向为城市1∶5万～1∶2.5万工程地质调查和局部更大比例尺的工程地质调查;查明30m以深地下空间资源潜力;在深部地热资源禀赋较好地段，开展1500m以深松散层及埋藏型碳酸盐岩热储条件调查评价;调查地下水环境效应、应急水源地，进行地下水环境监测与环境风险管控研究;发掘161万亩富硒土地开发特色农业与生态农业的潜力;评估、整合禹州华夏植物群省级地质公园、大鸿寨风景区等地质旅游资源;探测城区隐伏断裂构造活动性、古河道分布特征调查;固体废弃物资源化、减量化及无害化利用，支撑许昌“无废城市”建设;建设地质信息平台和地质环境监测网络，为许昌市城市规划、建设和运行管理全过程提供支撑服务。

关键词：许昌市;城市地质工作;城市地质调查;调查现状;需求分析

Abstract： The urban geological survey in Xuchang City started in 2007， but the evaluation results are limited to urban environment， not including space， resources， disasters and other elements， and the research level is relatively low. Xuchang City， as the core city of Central Henan Urban Agglomeration， its urban construction urgently needs the support from the urban geological survey results. Based on the summary of the current situation and shortcomings of urban geological survey in Xuchang City， this paper analyzes the main research directions and ideas of urban geological survey in Xuchang City in the future： progressing 1：50000-1：25000 engineering geological survey， and local large scale engineering geological survey， finding out the potential of underground space resources with a depth of 30m; investigating and evaluating the thermal storage conditions of 1500-m-deep loose layer and buried carbonate rock with potential geothermal resources; surveying the environmental effects of groundwater and emergency water sources， and researching the groundwater environmental monitoring and environmental risk management and control; exploring the potential of 1.61 million-Mu selenium rich land to develop the characteristic agriculture and ecological agriculture; assessing and integrating tourism resources， such as the provincial geological park of Huaxia Flora in Yuzhou and Dahongzhai scenic area; investigating the activity of hidden faults in urban area and the distribution characteristics of ancient rivers; recycling， reducing and harmlessly utilizing the solid waste resources to support the construction of "waste free city" in Xuchang; constructing geological information platform and geological environment monitoring network to provide support services for the whole process of urban planning， construction and operation management in Xuchang.

Keywords： Xuchang City; Urban geological work; Urban geological survey; Survey status; Requirement analysis

0 前言

我國真正意义上的城市地质工作始于2003年，中国地质调查局在环渤海、长三角和珠三角启动上海、北京、杭州、天津、南京、广州6个试点城市地质调查;2010年中国地质调查局采用部省市多方合作模式，完成了福州、厦门、苏州、合肥、石家庄等28个城市地质调查工作;2017年起，中国地质调查局围绕京津冀协同发展区、长江经济带、泛珠三角地区、丝绸之路经济带等重要经济区和城市群的重大需求，开展综合地质调查。近年来，我国在城市群、大城市和中小城镇等不同层面开展的大量城市地质调查，在城市地质资源、地质环境、发展空间的调查评价，以及地质信息服务城市管理制度建设等方面均取得了丰富成果，在调查技术方法、成果产品服务、工作协调机制等方面积累了大量成功经验（程光华等，2018;张茂省等，2018）。

河南省自2007年开始，依托中国地质调查局开展的河南省主要城市环境地质调查评价项目，分别实施了郑州、开封、洛阳、焦作、周口、登封、平顶山、安阳、新乡、许昌、鹤壁、濮阳、三门峡、济源14个主要城市的城市地质工作，但评价工作局限于城市环境地质调查。2015年河南省财政专项资金开展了南阳市、商丘市、信阳市、驻马店市4个省辖市和巩义、兰考等10个直管县（市）城市地质调查，虽对城市地质调查各要素均有涉及，但研究深度较浅。2019年河南省财政专项资金启动了郑州市、洛阳市、许昌市城市地质调查，在总结以往城市地质调查成果的基础上，偏重于城市地质矿产资源调查。河南省各城市的城市地质调查大多以单要素为主，通过不同年度、不同阶段的单要素城市地质调查成果的累积，实现多专业综合调查。

许昌市2007年虽依托中国地质调查局开展的河南省主要城市环境地质调查评价启动过城市地质调查工作，但评价成果同样局限于城市环境地质调查。后期陆续进行过一些诸如饮用矿泉水、地热等城市地质资源调查，但总体城市地质调查工作滞后，研究程度较浅。许昌市作为中原城市群核心城市，区位优势明显，腹地市场广阔，人力资源丰富，文化底蕴厚重，城市建设迫切需要城市地质调查成果的支撑。

本文通过分析许昌市城市地质现状和需求，提出城市地质调查工作思路，以期为许昌市城市规划、建设和运行管理全过程提供服务。

1 许昌市城市地质调查现状

1.1 已有地质工作基础

新中国成立以来，为服务许昌市经济建设，许昌市开展了一系列地质调查工作，积累了较为丰富的地质资料。在区域地质调查方面，全域完成了许昌市1∶25万区域地质调查;完成了许昌市1∶5万区域地质调查，建立了许昌市全域地层结构和基本地质构造格架，分析了地形地貌特征与第四系沉积规律，为水工环地质调查奠定了基础。在水文地质调查方面，全域完成了1∶20万水文地质调查，基本完成了平原区1∶5万水文地质调查，建立了地下水监测网络，为许昌市地下水资源开发保护提供了技术支撑。在工程地质调查方面，基本完成了平原区1∶5万工程地质调查、地质灾害调查，初步查明了地下50m深度内的工程地质条件、地质灾害分布和发育情况。在环境地质调查方面，主要开展了1∶25万地下水污染调查、环境地质问题调查、地面沉降调查监测等工作，基本查明了地下水质量和污染状况、地面沉降发育与危害情况，初步建立了地面沉降监测网络。在土地质量地球化学调查方面，全域完成了1：25万土地质量地球化学调查，大体摸清了许昌市全域土地质量地球化学状况、土壤污染状况，圈定了富硒富锶土地分布范围，为进一步有重点的部署特色农业地质调查奠定了基础（河南省地质调查院，2010）。在地热与浅层地温能调查方面，完成了許昌市中部平原区地热资源勘查评价与主城区浅层地温能调查评价，初步摸清了平原区地热资源与主城区浅层地温能状况，为进一步勘查评价奠定了基础。

1.2 主要认识

通过研究前人工作成果，在许昌市地质背景、地质资源、工程地质条件、水文地质条件、地热与浅层地温能资源、地面沉降、土地质量与地下水污染等方面有了更进一步认识。从地质大背景、地形地貌、地质构造与地震活动情况综合判断，总体上适宜城市建设;但局部地质条件较差，对城市基础设施安全构成一定隐患。其地壳稳定性为相对稳定，有利于城市工程建设;但地面沉降造成市区路面、房屋开裂，加重城市内涝，对城市发展构成一定威胁（河南省郑州地质工程勘察院，2017）。从已经评价的30m以浅深度来看，30m以浅地质条件总体比较适合进行地下空间开发利用;但中、深部地下空间地质条件不清，不利于地下空间利用统筹规划。浅层地温能、地热资源相当丰富，但调查程度不高，影响开发利用水平提升，还需加大力度调查评价。土地质量总体优良，但局部土壤污染修复难度大。许昌市分布有161万亩富硒耕地，具有发展特色农业的潜力，但已有调查精度低，还不能满足发展特色农业、绿色休闲农业的需求。地下水资源赋存条件较好，地下水资源较丰富，水质量总体较好，但水文地质调查工作不够。矿产资源较为丰富，是我省煤炭、铁矿、铝土矿、耐火黏土、水泥灰岩、建筑石料灰岩等矿产的重要成矿区（许昌市人民政府，2017）。

1.3 存在的不足

尽管以往在许昌市开展了不少地质工作，取得了一些成果和认识，但总体而言，与许昌市美丽宜居城市建设对地质资料的需求比较，地质调查工作程度明显不足，对资源环境条件的认识仍然还是比较初步的。

（1）工程地质与地下空间调查工作精度不够

许昌市以往的地质、工程地质调查工作主要涉及1∶50万、1∶20万、1∶10万、局部1∶5万精度，1∶2.5万或更大比例尺精度的工程地质及地下空间资源调查工作尚未开展。地下空间开发利用主要局限于埋深小于10m的地下停车场、地下室、地下人行通道及机动车道等，地下空间开发程度低，造成了地下空间资源的浪费。以往的工程地质、城市地质工作对许昌市的地下空间适宜性进行过评价，但评价依据的地质资料反映的深度与精度不够，远不能满足因地制宜、远近兼顾，平面分区、竖向分层，空间、资源、环境综合利用开发对地质、工程地质资料和地下空间资源信息资料的需求。许昌市未来的发展会涉及诸多地下空间资源开发利用和旧城改造方面的规划建设，需要大量更详细、更深范围的地质、工程地质与地下三维地质结构资料、地下空间资源信息资料等的指导与支撑（图1）。

（2）地下清洁能源评价精度较低，资源开发缺少顶层设计与系统管理

以往开展的浅层地温能调查评价工作比例尺为1：5万，仅在许昌市中心城区进行地下水源和土壤源换热方式下可开发利用资源量计算评价，对于开展城市浅层地温能详细区划精度偏低。城市浅层地温能进行规模化开发利用后，在集中制冷及采暖期，可形成一定程度的冷热堆积，不同地质条件下，研究制定出城市浅层地温能开发密度和开发强度，保证不产生新的环境地质问题，以往工作在此方面尚未涉及，需要进一步深入开展研究工作。

许昌市深层地热资源的开发利用方式单调，普遍用于洗浴，还没有用于供暖及梯级开发，总体利用程度低。主要原因目前许昌市主要地热开发利用层位1000～2000m深度范围内的新生界热储层，具有开发较容易但温度较低的特点，不能满足城市供暖、发电等需求。在许昌市西部一带，证明具有岩溶性地热赋存地质条件，但以往未对这些区域进行地热资源评价，需要开展这些区域高温地热资源调查。

（3）许昌市土地质量家底不清，土地资源潜力不明，以往调查成果无法支撑优质土地绿色高效综合开发

许昌市不仅是我国粮食生产基地的重要组成部分，且在1∶25万多目标地球化学调查中发现富硒土地资源达161万亩，具有发展优质特色农业的潜力（图2），但缺少大比例尺土地质量地球化学调查资料。

（4）地下水资源与水质现状、开发利用现状不明，影响了地下水资源的合理开发利用

许昌市榆林、麦岭水源地等集中供水水源地均已开采许多年，但自开采以来就没有进行过系统的地下水资源量、水质的调查评价工作。水源地长期开采之后，其地质环境背景条件已经发生了较大的变化，城市集中开采区的地下水资源开采现状不清，引起的地质环境问题不明确，水源地的现状资源量及水质现状不清楚，要建设许昌市应急地下水源地还需要进一步进行精度更高的水源地勘察（河南省地质矿产勘查开发局，2013）。

（5）支撑许昌市地质经济发展的投入不足，工作程度低

全市域范围内有科学价值研究的地形地貌景观、典型地质剖面、古人类遗址，有重要价值的岩溶溶洞、采矿遗迹、湿地水体景观、地质公园等丰富。查清区内地质景观资源的类型、数量、质量、特征、成因、时代以及有关的自然、社会、人文、经济等基本情况，对地质景观资源的科研价值、科普价值和旅游价值进行综合评价，更好地规划、保护和开发地质景观资源提供基础资料。

（6）地质环境监测体系建设不够

目前许昌市已经建立了地下水环境、地面沉降等监测网络，但监测网络密度、监测内容等还达不到要求。地质灾害、土壤环境、水土污染等监测几乎未开展，监测预警体系远不完善，难以为许昌市国土资源、生态环境保护等提供高效支撑服务。

（7）地质成果信息化程度不够

许昌市初步建立了城市地质信息系统，但由于机制体制等原因，该系统中地质资料信息不全，三维地质结构模型与可视化也比较初步，难以为许昌市城市规划建设、运行管理提供全过程高效支撑服务。

（8）过去地质工作与地方政府或相关部门需求结合不甚紧密，针对性较差

以往地质调查多为地质调查单位依照相关标准或规范开展，与地方政府或相关应用部门联系不够，对相关政府部门在城市建设与管理过程中对地质资料需求了解不足，地质成果表达方式导致调查成果推广应用效果较差。

2 需求分析

随着许昌市城市规模的不断扩大，城市环境的脆弱性愈加明显，诸多城市地质问题更加凸显，对城市地质工作的需求越来越迫切。

（1）许昌市城市规划建设急需工程地质调查与地下空间资源探测资料作为支撑

许昌市地处我国地理中心地带，是重要的交通枢纽，城市化与经济进一步发展，都将给许昌市发展空间带来前所未有的压力。大力开发利用地下空间以及统筹地上地下空间协调发展，将是许昌市目前最紧迫需要解决的重要事情之一。摸清地下地质条件，查明地下空间可利用资源是地下空间利用的急迫需求。

（2）建设地下水应急水源地，提高许昌市城市供水安全水平与抵御风险能力，需要开展地下水源地勘察

许昌市水资源结构目前以地表水为主，水源结构单一。许昌市地下水资源丰富，城市在极端干旱条件或地表供水水源发生污染等特殊情况下，地下水应急水源地是城市供水安全的最后一道屏障。南水北调工程运行后城市地下水压采导致城市水文地质条件发生较大改变。城市应急地下水水源地建设，需要进一步开展地下水源地水文地质勘察。

（3）富硒、富锶等特色土地资源调查助力都市观光生态休闲农业发展

随着许昌市建设用地规模逐年增大和农业用地面积不断缩减，许昌市农业生产正在由传统种植业向都市观光生态休闲农业转变。许昌市发现富硒土地资源达161万亩，具有发展优质特色农业的潜力。开展中大比例尺的特色土地资源调查，推进都市生态农业示范园区建设，以促进许昌市都市生态农业产业体系构建，加快农业产业结构升级转型具有重要现实意义。

（4）建设绿色低碳城市需要准确详细的浅层地温能和地热地质调查成果

以往开展的浅层地温能调查评价，在许昌市进行地下水源和土壤源换热方式下可开发利用资源量计算评价，对于开展城市浅层地温能详细区划精度偏低，需要进一步深入开展研究工作。

近十几年来，许昌市先后建成300～1500m深的地热井12眼（表1），开采层位主要为新生界热储层，主要用于地热温泉洗浴、游泳、医疗保健、休闲等，为社会经济发展和旅游业服务创造了可观的社会效益和经济效益（河南省地質矿产勘查开发局第二地质勘查院，2013）。许昌市深层地热资源还没有用于供暖及梯级开发，不能满足城市供暖、发电等需求。在许昌市西南、东北部一带，证明具有岩溶性地热赋存地质条件，但以往未对这些区域进行地热资源评价，需要开展这些区域高温地热资源调查。

（5）调查评价与整合许昌市周边地质旅游资源，满足许昌市人民不断增长的文化生活需求

许昌市地质遗迹和地质景观较丰富。已建立禹州华夏植物群省级地质公园和长葛市陉山矿山地质公园，建设中的襄城县首山有望成为下一个规模更大矿山地质公园。

许昌市有丰富的地质旅游资源（许昌市生态环境局，2018;河南省地质矿产勘查开发局，2017），以地质公园（如华夏植物群省级地质公园）、矿山开采遗迹（如长葛陉山）、岩溶景观（如大鸿寨溶洞开发景区）、生态旅游（如陈化店温泉小镇）、人文景观（如紫云书院）、宗教胜地（如乾明寺、五岳庙）、自然景观（如首山、汝河、紫云山）为依托，可通过进一步整合集成，形成与嵩山等世界地质公园相呼应的近郊地质休闲旅游产品，以满足许昌市人民不断增长的文化生活需求。

（6）城市规划建设管理高效运行需要城市地质信息系统作为支撑

目前地质成果资料汇交机制与管理制度不健全，地质信息等国土资源信息还不能共享，造成地质资料使用效率低下、地质调查投入极大浪费、城市规划、工程建设与城市管理不能精准化、高效化，“智慧城市”建设偏重于“地面及地上”，地下则严重不足。“城市地质信息平台”的建设有助于城市管理高效化、城市建设精准化。

（7）城市规划建设管理高效精准运行需要地质数据更新实时化，离不开地质环境监测与预警体系建立

地质资料信息是城市规划、工程建设、减灾防灾、生态建设、资源利用、环境保护、国土管理等不可或缺的基础关键信息（林良俊等，2017;卫万顺等，2018）。但城市地区人类活动强烈、人对地质环境作用剧烈，城市区域地质环境在不断变化，地质信息存在动态变化;要准确地掌握地质环境动态信息，就必须建立或完善地质环境监测网络以对地质环境进行实时监测，建立地质环境预警体系以对影响城市安全的地质信息实行预判与预警，以实现对城市地质环境准确高效管理与保护（郭萌等，2018;冯小铭等，2003）。

3 研究方向

开展许昌市“空间、资源、环境、灾害”等多要素地质调查，可创新地下空间资源探测评价技术，搭建许昌市三维城市地质模型，建立许昌市城市地质信息服务与决策支持系统，构建许昌市地质环境监测网络体系，促进许昌市绿色、低碳、循环、安全、集约、智慧发展提供支撑服务。

（1）工程地质调查

开展城市规划区1∶1万～1∶2.5万工程地质调查，查明100m深范围工程地质条件、三维工程地质结构、工程地质问题，建立三维工程地质结构模型，为许昌市城市规划、工程建设等提供工程地质资料。

（2）地下空间资源调查

开展城市规划区地下空间资源探测评价，查明地下空间利用现状，构建地下空间资源三维可视化模型，进行地下空间资源潜力与地质安全评价、进行基于海绵城市建设的地质环境评价，为推进城市立体发展、地下空间安全利用与海绵城市建设服务。

（3）创新地下空间评价技术

探索地下空间资源潜力与风险评价技术、基于海绵城市建设的地质环境利用技术，为地下空间资源与地质安全风险评价、海绵城市建设提供技术支撑。

（4）地下清洁能源调查

开展许昌市浅层地温能调查和开发利用区划，提出不同地质单元浅层地温能开发利用方式建议及开发强度、开发密度等控制指标;在许昌市深部地热资源禀赋较好地段，开展深部松散层及埋藏型碳酸盐岩热储条件调查与深部地热开发利用可行性研究，建立1～2处地下清洁能源利用示范基地。

（5）地下水环境效应调查及地下水应急水源地勘查

开展地下水资源丰富地带城市地下水应急水水源地勘查、地下水环境监测与环境风险管控研究等工作，为城市供水安全提供基础保障。

（6）土地质量地球化学调查

开展1∶5万许昌市城区周边土地质量调查评价工作，查明表层土壤各项元素含量及分布状况，为土地利用总体规划调整完善、永久基本农田划定和保护、土地整治及富硒特色农业与生态农业开发提供合理化建议及依据。

（7）地质遗迹资源调查与地质文化科普

开展许昌市地质遗迹、古人类遗址与史前文化、地质环境演化与城市文明变迁等调查研究。编制许昌市重要地质遗迹保护名录，编绘许昌市重要地质遗迹分布图、重要地质遗迹保护利用规划图，建立许昌市重要地质遗迹管理数据库。

（8）城市地质安全探测与评价

开展许昌市隐伏断裂构造活动性探测、古河道分布特征调查，支撑城市规划发展，确保城市安全。

（9）地质环境监测网络建设

围绕许昌市城市建设面临的资源与环境问题，完善许昌市地质环境监测网，对城市地质环境要素、资源环境承载能力等进行监测预警，以服务于城市规划、建设、运行、管理等全过程。

（10）资源再利用

许昌市是全国首批“无废城市”建设试点城市之一，开展许昌市建筑垃圾存量调查及综合利用调查和相关技术研发，以服务和支撑许昌市建筑垃圾资源化、减量化及无害化利用，服务许昌市绿色可持续发展和“无废城市”建设（许昌市人民政府，2019）。

（11）地质信息平台建设

搭建许昌市城市地质信息服务系统，实现地质信息多要素、多维大数据集成管理，为城市规划、建设和运行管理全过程提供支撑服务。

4 结语

围绕许昌市城市生态文明建设对地质工作的需求，许昌市迫切需要通过开展系列专项地质调查评价与应用示范工程建设，提交一批工程地质调查、地下空间资源调查、地下清洁能源调查、城市土地质量地球化学、城市应急水源地勘查、地质环境监测等方面的基础性和应用性成果，构建一套完善的综合地质环境监测体系和综合地质信息系统，填补和更新一批基础地质图件，为许昌市提供规划建设、运行管理全过程服务。

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