北京城市地质条件适宜性评价体系研究

刘宗明 刘连刚 郑桂森 齐如明 王继明 赵勇 徐吉祥

摘 要：城市地质条件适宜性评价是支撑城市规划建设区控制性详细规划编制和工程建设前期开展的专项地质调查工作。北京地区调查评价内容包括地形地貌、水文地质、工程地质等3项基础地质条件，活动断裂、地面沉降、地裂缝、崩塌、滑坡、泥石流、采空塌陷、岩溶塌陷、砂土液化、地下水污染、土壤污染等11项地质环境要素，地下水资源、深层地热资源、浅层地热能等3项地质资源要素。在现有标准基础上，结合北京地区城市地质工作实践，新建了1∶10 000和1∶2000精度城市地质条件调查方法体系，并设定了工作布置参数;构建了城市地质条件评价指标体系，包括61项评价指标，其中新增指标20项、修订指标31项、引用现有标准指标10项。

关键词：城市地质;地质条件适宜性评价;评价体系;评价指标;工作精度

Study on suitability evaluation system of urban geological conditions in Beijing

LIU Zongming1， LIU Liangang1， ZHENG Guisen1， QI Ruming1， WANG Jiming1，

ZHAO Yong2， XU Jixiang1

（1.Beijing Institute of Geology，Beijing 100195，China;

2.Beijing Institute of Geological Survey，Beijing 100195，China）

Abstract： Suitability evaluation of urban geological conditions shall be carried out in the early stage of regulatory planning preparation and key project construction.The survey and evaluation of geological conditions in Beijing includes 3 basic geological elements such as topography， hydrogeology， engineering geology， 11 geological environment elements such as active fault， land subsidence， ground fissure， rock fall， landslide， debris flow， mining collapse， karst collapse， sand liquefaction， groundwater pollution， soil pollution. It also includes 3 geological resources elements such as groundwater resources， deep geothermal resources， shallow geothermal energy. On the basis of the standards issued and combined with the urban geological practices in Beijing， the suitability evaluation system of urban geological conditions in Beijing has been established.The urban geological survey method system with the accuracy of 1：10 000 and 1：2000 is constructed， and work plan parameters are set up. The evaluation index system of urban geology is constructed including 61 indexes with 20 newly-added indexes， 31 modified indexes and 10 original indexes.

Keywords： urban geology; suitability evaluation of geological conditions; evaluation system; evaluation index; work precision

地質工作是调查研究自然因素演化发展的基础性工作，对城市国土空间规划体系建设起到重要的支撑作用（郑桂森等，2016）。城市地下蕴含着种类丰富的矿产资源、维系生命的地下水资源、清洁低碳的深层地热资源及浅层地热能，这些地质资源是城市发展的动力源泉。在城市发展过程中，受天然因素及人为因素影响，形成了活动断裂、地面沉降、地裂缝、崩塌、滑坡、泥石流、采空塌陷、岩溶塌陷、砂土液化、水土污染等地质环境问题，制约了城市的健康发展。因此，在城市规划建设前期，要开展城市地质调查评价工作，摸清自然因素分布特征及演化规律，合理利用地质资源，科学规避地质风险，因地制宜规划开发城市国土空间，这对城市健康可持续发展有着极其重要的现实意义。

为服务支撑城市经济建设发展，国内外学者在地质调查评价方法体系方面开展了大量的研究工作。为确保城市地下空间资源合理开发利用，开展了地下空间资源地质调查评价工作（Tengborg et al.，2016;Wallace et al.，2016;周丹坤等，2019），建立了地下空间资源地质评价指标体系（夏友等，2014;何静等，2020;何阳等，2021）。随着自然资源部在2019年6月制定“资源环境承载能力和国土空间开发适宜性评价技术指南（试行）”，全国各省市开展了地质资源环境承载力评价工作（李念春，2016;李红梅等，2018;林钟扬等，2022），并不断补充完善承载力评价指标体系（杨乐等，2014;刘宗明，2020;王卓卓，2021）。近年来，在北京地区开展了地质资源环境监测网建设工作，逐步开展监测预警指标体系研究工作（韩建超，2020;赵忠海，2020;王文文等，2020;郑桂森等，2020;李勇等，2020），为城市可持续发展提供技术支持。在土地资源综合评价体系中，也包含了诸多地质评价指标，如地下水质量、土壤质量指标（张献忠等，2004;朱永恒等，2005;徐庆勇等，2021;张园园等，2021）。在服务城市规划建设方面，开展了一系列调查评价工作，在雄安新区建设过程中，开展了地上、地下工程建设适宜性一体化评价工作（郝爱兵等，2018）;在北京城市副中心建设中，开展了城市地质条件适宜性评价工作（刘辉等，2017;郑桂森等，2018）。

现有研究成果从不同角度构建了地质调查评价方法体系，但也存在诸多不足。在地质调查方法体系方面，目前地质调查工作以1∶50 000～1∶250 000精度为主，而城市国土空间规划体系建设工作以1∶2000～1∶10 000精度为主，两者在精度方面并不匹配。在地质评价指标体系方面，现有评价指标以半定性、半定量评价相结合为主，特别是以文字描述为主的定性评价，不能满足城市规划建设的需求，同时指标分级标准不统一，分级由二级到五级不等，无法进行综合评价。

本文在国内外大量研究成果基础上，结合城市地质工作实践，初步建立了北京城市地质条件适宜性评价体系，新建了1∶10 000和1∶2000精度城市地质条件调查方法体系，并构建了定量化的城市地质条件评价体系，服务支撑城市规划建设区控制性详细规划编制和工程建设。从地质角度解答了“一块土地适宜做什么”，根据评价成果，合理利用地质资源，科学规避地质风险，确保规划建设的科学性。

1  调查评价内容

城市地质条件调查评价内容应与城市规划建设紧密相连，要解决控制性详细规划编制和工程建设中重点关注的地质问题，主要包括基础地质条件、地质环境条件和地质资源条件三大类。

1.1  基础地质条件

基础地质条件包括地形地貌、岩石地层构造、水文地质条件、工程地质条件等内容，这些是城市规划建设首先要参考的基本要素。

1.2  地质环境条件

1）活动断裂

北京地质条件较为复杂，在平原区（含延庆盆地）发育隐伏断裂88条，目前已完成专项调查的隐伏断裂30条，其中包括全新世活动断裂9条。全新世活动断裂是指距今1.0万年以来在地表或近地表有活动迹象的活动断裂，亦称“工程活动断裂”。全新世活动断裂两侧发育构造地裂缝、地面塌陷、差异性沉降等次生地质灾害，对沿线建筑物造成危害或具有极大潜在威胁，城市建筑原则上以避让为主。全新世活动断裂具有不可抗拒性，是城市规划布局最为关注的地质要素。

2）地面沉降

地面沉降是指因自然和人为活动引发松散地层压缩所导致的地面高程降低的现象。地面沉降是北京主要地质灾害之一，在平原区主要分为南北两大集中沉降区域、7个沉降中心。地面沉降造成地面高程损失，严重威胁了轨道交通、生命线工程、地下管网等线性工程，影响了建筑物结构安全，降低了城市防洪排涝能力，引发了地表开裂、损坏井管、城市地面水准高程变化等问题。

3）地裂缝

地裂缝是指在自然或人为因素的作用下，地表岩土体开裂、差异错动，在地面形成一定长度和宽度的裂缝并造成危害的现象。北京平原区地裂缝主要发育在顺义区、昌平区、通州区等地，在成因机理上多为复合成因，即全新世活动断裂控制地裂缝的分布，而地下水超采、地面沉降诱发了地裂缝的产生，这种地裂缝与全新世活动断裂紧密关联，具有不可抗拒性特点，城市建筑原则上以避让为主。

4）山区突发地质灾害

北京山区多以中低山为主，山区主要发育崩塌、滑坡、泥石流、采空塌陷等突发地质灾害，给当地人民的生命财产、交通水利、旅游设施和植被景观等造成了一定的损失。北京突发地质灾害呈数量多、类型全、面积广、分布不均、规模小、险情差异大等特点。在山区、半山区开展规划建设工作，突发地质灾害是应重点考虑的地质要素。

5）砂土液化

砂土液化是指地表下一定深度内可液化的饱和土层在地震力作用下产生的震動液化，是一种由地震引起的典型突发地质灾害。北京地区历史上发生过多次强烈地震，据不完全统计，5级以上地震曾发生过31次，其中包括8级地震1次，7级地震2次。砂土液化会造成地表喷砂冒水，会导致地基失稳、建筑物破坏现象，是工程建设应重点考虑的要素。

6）岩溶塌陷

岩溶塌陷是指可溶性岩石或岩层在水的作用下形成的塌落或沉陷现象。北京平原区大部分地区第四系厚度大于100 m，属于岩溶塌陷稳定区，仅在通州、昌平、顺义等地深部钻探工作中出现个别塌钻、掉钻事故。在山前局部岩溶发育地带，存在一定的岩溶塌陷风险性，是规划建设需要考虑的要素之一。

7）水土污染

随着北京城市规模不断扩大和人口增长，污水排放量不断增加，虽然近年来水环境治理成效显著，但受历史上非正规垃圾填埋场、污水河、污灌区等点线面污染因素影响，浅层地下水（100 m以浅）出现大面积超标现象，超标指标主要为总硬度、铁、锰、硝酸盐氮等。同时，受工业污染“三废”排放影响，局部地区出现土壤污染现象，威胁着城市居民的健康安全。

1.3  地质资源条件

1）地下水资源

水是生命之源，是城市重要战略性保障资源，北京是国际上为数不多的以地下水作为主要供水水源的超大型城市，南水北调进京后，地下水仍占水资源总量60%、供水量40%，而居民生活用水中地下水占比更高。自20世纪80年代开始，受多年地下水连续超采及干旱少雨等影响，在平原区形成地下水降落漏斗，并诱发地面沉降和地裂缝。2015年以来，受南水补给、地下水压采、地下水回补、降雨量增加等因素影响，地下水资源紧张局势得到缓解，地下水位逐年抬升。

2）清洁能源

地热资源是能够经济地被人类所利用的地球内部的地热能、地热流体及其有用组分。在北京地区可利用的地热资源主要包括通过钻井开采利用的深层地热资源和通过热泵技术开采利用的浅层地热能。地热资源属于清洁可再生能源，合理开发地热资源对优化城市能源结构，提升城市建设低碳标准，建设绿色韧性城市具有重要作用，是支撑北京市率先实现碳中和目标，坚定不移走生态优先、绿色低碳高质量发展道路的有效途径。

1.4  北京城市地质条件调查评价内容

按照要素功能进行分类，北京城市地质条件调查评价内容可分为基础地质条件3项要素、地质环境条件11 项要素和地质资源条件3项要素。同时，北京在地形上东、西、北三面环山，东南为倾斜平原，按照地形特征进行分类，亦可分为覆盖区（平原区）和基岩区（山区）。见表1。

2  调查方法体系

2.1  调查区范围和精度

城市地质条件适宜性评价是支撑城市规划建设区控制性详细规划编制和工程建设前期开展的专项地质调查工作，因此调查区范围、调查内容、调查精度要和规划建设工作环环相扣。根据地质条件复杂性将研究区分为一般调查区和重点调查区，并设定相应的工作精度和调查评价要素（表2）。

1）一般调查区

由城市规划建设部门先期圈定的新城规划区、旧城改造区、重大工程建设区等规划建设区四面外延2000 m所覆盖区域，可根据地质条件进行适当调整。一般调查区开展多要素地质调查评价工作，调查内容包括基础地质条件3项要素、地质环境条件11项要素和地质资源条件3项要素，调查精度1∶10 000。

2）重点调查区

将一般调查区中，地质条件较为复杂的区域设定为重点调查区，调查内容包括对城市规划建设具有重要影响的地质环境条件8项要素，调查精度1∶2000。

重点调查区 一般调查区中地质条件复杂的区域   1∶2000       重要地质环境条件：崩塌、滑坡、泥石流、采空塌陷、活动断裂、地裂缝、岩溶塌陷、土壤污染（8项）

2.2  调查方法

城市地质条件调查方法主要包括以下几个方面：

1）遥感解译

采用多分辨、多时相遥感技术，选用卫星、航空遥感影像资料。

2）地面调查（测绘）

在资料收集、遥感解译基础上开展地面调查（测绘）工作。

3）地球物理勘查

地球物理勘探方法主要包括高精度重力法、高精度磁法、电法、放射性法、地震法和测井法。其中电法包括自然电位法、电阻率测深法、高密度电阻率法、瞬变电磁法、可控源大地电磁测深法、地质雷达法等;放射性法包括氡气法、汞气法等;地震法包括浅层地震法、微动探测等;测井法包括电阻率、自然电位、天然伽玛、井径、井斜、三侧向、温度测量、井下电视视频等。

4）地球化学勘查

包括气体地球化学、地下水化学、土壤地球化学采样分析等。

5）钻探

在地面调查和物探工作基础上，根据实际情况布置钻孔。包括工程地质钻孔、水文地质钻孔、基岩地质钻孔、地热地质钻孔等。

6）探槽

在地面调查、物探和钻探工作基础上，根据实际情况进行探槽布置。探槽应及时进行详细编录，并绘制大比例尺（一般为1∶20～1∶100）地层剖面图。

7）试验

主要包括土力学试验、高压固结试验、孢粉和古地磁试验、X衍射试验、物理力学性质试验、抗剪强度试验、示踪试验、抽水试验、灌水试验、同位素试验、标准贯入试验、静力触探试验、剪切波速测试、岩土热响应试验等。

2.3  参数设定

现有标准中，对1∶50 000～1∶200 000精度地质调查工作布置已做了明确的规定，而开展更高精度的地质调查工作，最重要就是需要分别设定1∶10 000和1∶2000精度地质调查工作布置参数，便于开展野外地质调查工作。同时，各项地质调查工作要统一布设，避免重复。为此，在全面梳理地质调查标准基礎上，结合北京城市地质调查工作实践，分别设定了1∶10 000和1∶2000精度城市地质条件调查工作布置参数（表3）。

3  评价指标体系

3.1  评价指标

建立城市地质条件适宜性评价指标体系，需要解决3个难点：一是在现有标准基础上，补充增加一些指标，特别是城市规划建设重点关注的指标;二是将文字描述为主的定性评价，根据工作实践设定分级参数，转为定量评价;三是将指标分级统一为四级评价。本次研究工作，对基础地质条件3项要素、地质环境条件11项要素和地质资源条件3项要素，建立了61项评价指标体系，其中包括新增指标20项、修订指标31项、引用现有标准指标10项（表4），现对部分新增指标进行论述。

1）活动断裂指标

全新世活动断裂具有一定周期活动性特征，研究断裂活动周期对预判断裂未来活动趋势具有重要意义，因此新增“距古地震复发周期时间”指标。

2）地面沉降指标

从地面沉降造成的危害性角度出发，地面差异性沉降会对线性工程造成较大的危害，因此城市规划建设更加关注地面差异性沉降较大的区域，即年地面沉降速率等值线较为密集的区域，又称地面沉降梯度带。新增“地面沉降梯度”指标，根据北京地区多年地面沉降监测数据，结合地面沉降梯度对线性工程的影响，设定了分级参数。

3）地裂缝指标

现有标准中关于地裂缝评价多以定性描述为主，本次研究根据北京平原区地裂缝特征（田苗壮等，2019;孔祥如等，2021），新增了“地裂缝密度”“单个地裂缝长度”“地裂缝（带）宽度”3项定量评价指标来评价地裂缝发育现状。

4）山区突发地质灾害指标

经研究，山区突发地质灾害和降雨紧密相关，大部分突发地质灾害发生在降雨中或降雨后（王海芝等，2020;罗守敬等，2021），因此降雨量是研究突发地质灾害发育、发生、发展的重要指标。根据多年研究成果，新增“三日最大降雨量”“场次降雨量”“最大小时降雨强度”3项指标。

5）深层地热资源指标

目前北京地区地热井开采政策为“用热不用水”，即开采地热水只利用温度，热水循环梯级降温后，冷水灌入回灌井回补热储层。为此，深层地热资源评价中，新增“地热水资源年均可采热量模数”指标，其含义是指单位面积上的地热水资源每年可开采热量，开采热量是综合地热井出水量和出水温度的指标，用该指标评价地热资源更符合北京地区地热水开发模式。

6）淺层地热能指标

浅层地热能开发模式上可分为地下水换热方式和地埋管换热方式，根据多年研究成果，新建了“地下水换热方式浅层地热资源年均可开采热量模数”“地埋管换热方式浅层地热资源年均可开采热量模数”2项指标。同时，新增了“浅层地热能利用温差”指标，来评判浅层地热能开发效率。

3.2  评价流程

北京城市地质条件适宜性评价工作流程见图1。

1）一般调查区

基础地质条件：按照“短板理论”，首先将各基础地质条件评价因子的评价指标整合，得到“基础地质条件适宜性单因子评价”。

地质环境条件：首先将各地质环境条件评价因子的评价指标整合，得到“地质环境条件适宜性单因子评价”，再将“基础地质条件适宜性单因子评价”和“地质环境条件适宜性单因子评价”成果整合，得到“地质环境条件适宜性综合评价”。

地质资源条件：综合资源的数量和品质进行评价，将各地质资源条件评价因子的评价指标整合，得到“地质资源条件适宜性单因子评价”。

2）重点调查区

在一般调查区地质环境条件综合评价基础上，对重点调查区内重要约束性地质条件进行评价，依次得到“重要地质环境条件适宜性单因子评价”“重要地质环境条件适宜性综合评价”，其成果对规划建设起到重要作用。

4  结论

1）城市地质条件适宜性评价是支撑城市规划建设区控制性详细规划编制和工程建设前期开展的专项地质调查工作。

2）根据北京地质条件特征，调查评价内容包括基础地质条件3项要素、地质环境条件11项要素和地质资源条件3项要素。

2）根据地质条件的复杂程度，将研究区分为一般调查区和重点调查区，一般调查区开展多要素地质调查评价工作，重点调查区开展对城市规划建设具有重要影响的地质要素调查评价工作。

3）新建了1∶10 000和1∶2000精度城市地质调查方法体系，设定了工作布置参数。

4）构建了城市地质评价指标体系，包括61项评价指标，其中新增指标20项、修订指标31项、引用现有标准指标10项，并将分级统一为四级评价。

目前此项工作处于探索阶段，希望同行共同探讨，推进完善评价体系。

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