坝上地区自然资源地表基质调查地质测量方法探讨——以张北示范区为例

陈龙 孙勇刚 尚晓雨 薛良 张闯 刘泽 杨科

（河北省地质矿产勘查开发局国土资源勘查中心，河北 石家庄 050081）

0 引言

地表基质调查是运用现代地质、地理、土壤、工程等科学理论和技术方法，在充分研究和运用已有资料的基础上，查清选定范围内孕育和支撑自然资源的岩石、砾石、沙、土壤等地表基质类型、理化性质及地质景观属性等的自然资源专项调查工作。地表基质调查是自然资源专项调查的基础内容。

目前，对地表基质层的研究尚处于初期阶段，前人对地表基质调查的研究比较少。自然资源部印发的《自然资源调查监测体系构建总体方案》（以下简称《方案》）［1］中，首次提出“地表基质层”和地表基质的概念，对地表基质调查工作的开展进行了明确，同时对地表基质调查的内容进行了说明。葛胜良等［2］通过对比研究林草学、农学、基础地质学、第四纪地质学、水文地质学、工程地质学、地理学以及地球系统科学等学科领域中与“地表基质层”联系紧密的划分内容，提出了地表基质层的定义并对《方案》中地表基质调查的目的进行了引申：“及时掌握地表基质层时空分布、数量质量、利用状况和动态变化，研究地表基质层自身变化发展及其与其他自然资源和环境要素的相互关系和作用机理，为自然资源统一管理、国土空间整体规划和生态环境保护修复提供翔实资料支撑和信息服务”。2020年底，自然资源部办公厅发布《地表基质分类方案（试行）》［3］，对地表基质定义进行了明确。

为积极响应和贯彻落实自然资源部印发的《方案》，服务于山水林田湖草建设和国土空间规划管理，利用河北省自身特殊的地理区位、齐全的地貌类型、多样化的地表基质类型，河北省自然资源厅开展了河北省自然资源地表基质层示范性调查。根据示范性调查区选定的原则：涵盖尽可能多的地貌类型、承载的自然资源类型多样、地表基质类型代表性强、问题导向、成果应用试点等，最终选定了八个示范性调查区。本研究以八个示范性调查区中的坝上地区张北示范性调查区为例，对坝上地区自然资源地表基质调查采用的地质测量方法进行总结，以期为同类型项目提供借鉴，为建立地表基质调查地质测量技术方法提供依据和参考。

1 张北示范性调查区概况

张北示范性调查区（以下简称本区）属于内蒙古高原南缘的坝上高原区，范围包括张北县安固里淖及其补给源的三台河下游、黑水河下游，属于基岩浅埋区。主要地貌类型为玄武岩台地小区、缓斜地小区、坡平地小区，以淖淀为主的洼地小区，为构造持续稳定上升区域，长期遭受风化剥蚀作用。本区海拔高度为1 300～1 500 m，相对高差200 m，中部大部分区域地形平缓、起伏不大，局部为湖淖或洼地，湖淖多已干枯。

2 地表基质调查深度

地表基质调查深度不宜设置统一标准。结合本区生态功能定位可知，本区不属于人类利用地下空间的重点区域，综合考虑地表基质支撑和孕育草原、林地、湿地等自然资源的基础性作用，地表基质调查深度达到非饱和的包气带30 m即满足要求，而在玄武岩台地小区等岩石基质埋深较浅区域，调查深度揭穿地表松散层，达到岩石风化壳中等风化层即可。据调查，除河流、湖淖等地势低洼区域，松散层厚度一般不超过20 m。此深度包含了表层附着物、土壤耕作层和土壤微生物活动层、植物根系所能达到的深度［4］，可以满足地表基质调查深度要求。

地表松散层是地表基质发挥对自然资源支撑、孕育功能的主要层位，是地表基质调查的主要层位。地表松散层厚度与地貌类型关系密切，通过对本区调查，总结出本区的基质垂向结构。地势较高的玄武岩台地小区地表松散层厚度薄，甚至岩石裸露，垂向30 m内的基质一级类结构以岩石单层结构或土质—岩石二层结构为主；地势低洼的湖沼积洼地小区内地表松散层厚度大，垂向30 m内的基质一级类结构为土质单层结构。

3 地质测量工作内容

3.1 地表基质分类与命名

本次地表基质调查对于地表基质的分类和命名在《方案》要求的基础上，结合河北省实际进行了细化和调整。一级类分为岩石、砾质、土质、泥质和砂质，其中泥质和砂质长期处于水下。通过对收集资料的分析，初步确定本区地表基质分类一级类包括岩石、砾质和土质。针对不同的基质类型，确定具体有针对性的调查内容。地表基质野外定名原则因基质类型而异：岩石基质命名按照《岩石分类与命名方案》确定，砾质和土质根据基质的粒级确定。

3.2 资料收集与利用

在地质测量工作开展之前，充分收集调查区气象、水文、土壤植被、社会经济、区域地质、水文地质、工程地质、环境地质、农业地质、地球化学、三调、年度变更调查等成果资料，并进行综合分析和二次开发利用，尤其是对区调、地貌和三调等资料的分析，对岩石、砾质、土质等进行识别、改化等，最终形成调查区地表基质草图和自然资源分布图草图，将其用于指导野外调查工作的开展和实施，部分工作只需要进行野外查证即可，可以起到减少工作量的作用。

3.3 地质测量调查内容

利用地表基质草图，结合遥感解译成果等资料，对示范性调查区地层岩性、土壤类型、地表覆盖物、植被覆盖率、地表基质破坏情况等地质环境条件进行核实查证，补充调查地表基质的基质类型、成因、分布形态、分布规律、结构、质地组分及理化性质等指标。其中，岩石基质重点调查内容包括岩性、基质定名、产状、风化程度、风化壳垂直分带等。砾质基质重点调查内容包括砾径、基质定名、砾质成分、分选性、砾间充填物等。土质基质重点调查内容包括基质定名、土地利用现状、微地貌。

3.4 野外调查

3.4.1 地面调查。地面调查包括垂向调查和横向调查两个方面。垂向调查深度与基质类型有关，砾质和土质的地面垂向调查深度为一般0.3 m，土质地表0～0.3 m作为表土层，包含了耕作层和犁底层，是与植物生长联系最紧密的层位，决定了地表基质承载自然资源的能力。地表基质野外定名原则是以地表0～0.3 m范围内厚度最大的基质类型命名，可通过地质锤、铁铲等工具进行揭露。在岩石裸露区，地表基质类型为岩石，地面垂向调查深度主要利用天然或人工形成的岩石剖面露头，通过对岩石颜色、坚硬程度、裂隙宽度、裂隙密度、裂隙填充物等内容描述岩石风化壳垂直分带，划分残积土、全风化层、强风化层、中等风化层等。横向调查主要为调查线路和调查点。通过初步踏勘评估后，确定示范区属地表基质类型简单地区，调查线路间距介于1 500～2 000 m，调查点密度为40个/km2。根据地表基质草图，以穿越法为主与追索法相结合的方法布置调查路线，沿途做连续调查，详细记录。

3.4.2 基质剖面测量。实测剖面应在调查区域踏勘之后、调查之前布置，以确定调查区内主要基质类型、基质类型分区、填图单元、层位关系、岩石组合特征等，用于指导路线填图。选取代表性的地段开展地表基质剖面测量，垂直沟谷布设典型剖面1～2条，对重要的基质层类型应有1～2条测量剖面予以控制，实测剖面比例尺应以基质信息易于表达、图面美观为准。为了更好地进行剖面测量和保证剖面测量的准确，需要借助浅钻、槽探、洛阳铲等进行揭露。

本次工作通过对安固里淖东南部剖面实测得出，为了使基质信息易于表达、图面表现形式美观，水平比例尺采用1∶5 000，垂向比例尺采用1∶500。实测剖面范围内地貌类型为湖沼积洼地，由于长期的湖沼沉积和流水搬运，地势平缓，地表基质一级类以土质为主，偶见砾质。

3.4.3 浅钻、背包钻、槽探、洛阳铲等。本区大部分区域属于基岩浅埋区，与基岩裸露区不同，地势相对平坦，松散覆盖层厚，缺少天然地质露头，无法通过地面调查来确定地表0.3 m以下的基质类型及其特征。浅钻、背包钻、槽探、洛阳铲等揭露工程可以对地表0.3 m以下基质类型和特征调查发挥重要作用。

浅钻工程目的主要是揭露30 m以浅基质类型、岩性、结构、特征等，其中基岩钻孔可查明基岩岩性、成分、风化程度、风化壳厚度、岩石质量指标（RQD）等，钻孔深度应达到30 m，若30 m内遇基岩则须入基岩中风化或弱风化1～2 m终孔。钻探过程中采取土样、岩样，地表基质样品应能正确反映基质组成特征，取样深度一般为0.2 m、2 m、5 m、10 m、20 m、30 m（或终孔）。浅钻布设位置涵盖示范区内各类型地貌单元，对于调查不同地貌单元的垂向基质结构和分层特征具有重要意义。槽探工程布设原则与浅钻类似，须涵盖示范区各地貌类型单元，可更直观地观察、反映地表基质分层情况和接触关系。虽然槽探深度不超过3 m，但是对于调查湖淖周围地表0～3 m范围内河湖沉积作用形成的地表基质具有良好的效果。本区大部分区域土质厚度可达10 m左右，可使用洛阳铲作为辅助调查手段，洛阳铲一般深度2～5 m。背包钻具有钻进快、取样深、操作简单、携带轻便等特点，可以作为浅钻、槽探的补充和替代手段。

钻探工作应参照DZ/T 0148—2014等相关规范执行，工程编录中定名及地质描述应按照地表基质分类标准执行，改化为基质名称和基质描述。

3.4.4 岩矿试验。为查明本区地表基质的物理、化学性质，按照地表基质类型的不同在工程地质钻探孔、洛阳铲孔、槽探和地表调查点采集岩石、土质样品。

针对岩石基质的调查研究，以利用本区现有区调资料为主，主要验证和补充调查岩石物理性质特征，包括岩石的硅酸盐分析、岩矿鉴定、密度、孔隙率、含水率、吸水性、软化系数等。补充调查本区岩石物理性质特征，分析岩石风化程度、抗风化能力等，探索岩石−成土母岩−土质的演化过程与成土速度等，分析本区基质成因及演化方向等。

针对土质基质的调查研究首先要收集本区多目标地球化学或土地质量地球化学等数据资料，调查工作应以取样对比验证、重点区域补充调查为主，包括土质化学分析、土质矿物鉴定，以及原状土的物理性质分析，包括颗粒分析、含水率、容重、界限含水率、孔隙率等。鉴于本区内土地形式主要为农用地和未利用地，结合“两区”建设的要求和发展方向，土质化学分析应有目的性，主要分析与农业和生态环境保护联系密切的土壤养分指标（如有机质、N、P、K、B、Mn、Se、Mu、碱解氮、速效磷、速效钾等）［5］和土壤环境指标（如重金属元素：Cd、Hg、As、Pb、Cr、Cu、Ni、Zn等）［6］，分析土质基质对农业资源和自然资源的承载能力，并提出改善建议。同时利用本次取样数据与前期多目标地球化学取样数据进行对比分析，研究某些指标的发展变化趋势。

土壤颗粒组成或机械组成是土壤质地分类的基础［7］，也是本次工作地表基质分类中砾质、土质分类和命名的基础。颗粒分析是地表基质调查的重要内容，针对不同的基质类型选取有效的颗粒分析检测方法。

4 结语

地表基质调查地质测量方法应有针对性，不同地区的地质测量方法应根据该地区的地貌、植被、土地利用类型等自然资源条件以及区调、地球化学等各方面基础调查资料完善程度来进行选择。通过本次地表基质调查地质测量工作，对地表基质调查提出如下建议。

①充分收集调查区的基础资料，包括区域地质、地形地貌、三调、地球化学等。对已有资料按照地表基质分类标准等相关要求进行处理、分析、转化，使其形成地表基质调查的基础性图件和第一手资料，并在此基础上开展地质测量，避免重复性工作。

②地面调查工作应利用改化后的地表基质草图，做好垂向0～0.3 m基质调查和横向基质平面分布调查，调查线路和调查点密度应满足调查精度要求。地表基质调查深度不宜设置统一标准，调查深度30 m即可满足一般地区地表基质对自然资源支撑、孕育的要求。

③浅钻、背包钻、槽探、洛阳铲等地表揭露工程编录中定名及地质描述应按照地表基质分类标准执行，改化为基质命名和基质描述。工作中宜选用技术先进、提高工作效率的工程技术手段。

④岩矿试验用于分析地表基质的物理、化学性质。岩石基质主要进行硅酸盐分析、岩矿鉴定、密度、孔隙率、含水率、吸水性、软化系数等分析；土质基质应进行颗粒分析、含水率、容重、孔隙率等物理性质分析，在收集多目标地球化学数据的基础上进行土壤养分指标和土壤环境指标的分析。根据调查区自然资源、生态环境背景的不同，应对主要分析指标进行调整。

⑤地质测量工作应严格按照需求导向、目标导向、问题导向的原则实施，与调查区内地表基质支撑、孕育的自然资源相吻合，进而为科学编制国土空间规划、自然资源整体保护、系统修复和综合治理提供服务。