城市區(qū)域地質(zhì)條件適宜性評價定量化指標研究

鄭桂森，衛(wèi)萬順，王繼明，劉宗明，于春林，徐吉祥，李小龍

（北京市地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局，北京 100195）

0 引言

城市區(qū)域地質(zhì)條件適宜性評價，是指為了滿足城市布局選址、規(guī)劃建設(shè)、安全運行、轉(zhuǎn)型升級對地質(zhì)資源和地質(zhì)環(huán)境的需求（鄭桂森等，2016），特別是對定量化地質(zhì)數(shù)據(jù)的需求（衛(wèi)萬順等，2016），對區(qū)域各項地質(zhì)要素進行的評價，主要包括保障城市發(fā)展的地質(zhì)資源和制約城市建設(shè)發(fā)展的地質(zhì)環(huán)境問題。在我國已頒布的國家、地方、行業(yè)標準中對各項地質(zhì)要素的評價主要以定性評價居多，指標定量化程度較低，而且部分評價指標不能全面反映評價對象演化趨勢（劉輝等，2017）。傳統(tǒng)的地質(zhì)調(diào)查工作精度多數(shù)在1:50000中等比例尺，且研究對象較為“單一”，不能滿足城市規(guī)劃建設(shè)的需求，特別是在區(qū)域重大工程建設(shè)過程中，地質(zhì)成果應用受到較大的限制。目前，我國城市地質(zhì)工作部署規(guī)模向區(qū)域化發(fā)展，工作內(nèi)容向系統(tǒng)性動態(tài)化發(fā)展，工作方法手段向高精度定量化發(fā)展（李安寧等，2011），因此迫切需要一種“定量化”、“綜合性”的地質(zhì)條件適宜性評價方法。

本文通過大量城市地質(zhì)工作實踐，結(jié)合城市不同階段建設(shè)對地質(zhì)工作的實際需求，對國內(nèi)外相關(guān)評價標準、評價方法進行深入分析研究，在大量城市地質(zhì)工作基礎(chǔ)上，初步建立了一套城市區(qū)域地質(zhì)條件適宜性評價定量化指標體系，本次工作一是將評價體系中不夠完善的部分新設(shè)置了定量化指標，二是將部分指標評價由定性轉(zhuǎn)化為定量，三是修訂了部分定量化指標的定量分級標準，旨在使地質(zhì)成果滿足城市發(fā)展需求，提高地質(zhì)工作基礎(chǔ)性支撐能力。此項工作目前處于嘗試探索階段，本文拋磚引玉，希望同行共同探討，推進完善城市區(qū)域地質(zhì)條件適宜性評價方法體系。

1 評價內(nèi)容及指標

城市區(qū)域地質(zhì)條件適宜性評價工作，應兼顧保障城市發(fā)展的地質(zhì)資源和制約城市建設(shè)發(fā)展的地質(zhì)環(huán)境問題，各評價指標內(nèi)容確定根據(jù)所處區(qū)域而定，根據(jù)城市所處區(qū)域可劃分為平原區(qū)和山區(qū)兩大評價體系（圖1）。

圖1 城市區(qū)域地質(zhì)條件適宜性評價內(nèi)容體系圖Fig.1 The evaluation content of suitability evaluation method for urban regional geological conditions

1.1 評價內(nèi)容

（1）地質(zhì)資源

地質(zhì)資源是自然資源的一種，主要包括礦產(chǎn)資源、地下水資源、能源資源、土地資源、景觀資源等。本次評價內(nèi)容是地下水資源、地下空間資源、淺層地溫能、地熱能（衛(wèi)萬順等，2010）。同時，由于再生水熱能利用效益明顯、前景廣闊，又可與淺層地溫能、地熱能聯(lián)合利用，故暫將其列入資源闡述。

（2）地質(zhì)環(huán)境

地質(zhì)環(huán)境是指由巖石圈、水圈、大氣圈組成的環(huán)境系統(tǒng)（程裕淇等，2006），在地質(zhì)演化過程中各圈之間進行著物質(zhì)遷移和能量轉(zhuǎn)換，組成了一個相對平衡與開放的系統(tǒng)，是人類與生物生存發(fā)展的基礎(chǔ)，同時人類與生物生存發(fā)展又不斷改變著地質(zhì)環(huán)境。在地質(zhì)環(huán)境系統(tǒng)內(nèi)能量轉(zhuǎn)換和物質(zhì)遷移過程中引發(fā)了地質(zhì)環(huán)境改變形成各種自然災害，因此本文將地質(zhì)災害列入到地質(zhì)環(huán)境中加以研究。地質(zhì)環(huán)境類評價指標主要包括地質(zhì)災害、水土環(huán)境、工程地質(zhì)條件和區(qū)域地殼穩(wěn)定性。

地質(zhì)災害：地質(zhì)災害包括緩變型地質(zhì)災害和突發(fā)性地質(zhì)災害，其中緩變型地質(zhì)災害包括地面沉降、活動斷裂、地裂縫等；突發(fā)性地質(zhì)災害包括砂土液化、巖溶塌陷、崩塌、滑坡、泥石流、采空塌陷等（李烈榮等，2012）。

水土環(huán)境：包括地下水環(huán)境和土壤環(huán)境。

工程地質(zhì)條件：包括對地形地貌、地基穩(wěn)定性、腐蝕性等方面的評價。

區(qū)域地殼穩(wěn)定性：包括地震震級、地震基本烈度、地震動峰值加速度、強震周期等。

1.2 評價指標

通過對地質(zhì)資源和地質(zhì)環(huán)境的評價內(nèi)容及指標進行梳理，建立了城市區(qū)域地質(zhì)條件適宜性評價指標體系，梳理出地質(zhì)資源和地質(zhì)環(huán)境兩類，包括20種地質(zhì)要素，68項指標。通過深入分析在68項指標中修訂了25項指標，包括新增指標22項（定量指標17項、定性指標5項）、將原定性轉(zhuǎn)為定量指標2項、修訂原定量指標1項（表1）。今后隨著相關(guān)研究工作的深入，未來將不斷完善該評價方法的定量化水平，使城市地質(zhì)工作向精準化方向發(fā)展。

2 評價依據(jù)

（1）突出區(qū)域主要地質(zhì)資源環(huán)境問題，抓住對城市發(fā)展具有決定性作用的問題開展定量化評價，達到精準、可靠的目標；

（2）體現(xiàn)實用適用原則，任何一項指標設(shè)置既能滿足對某地質(zhì)要素的性質(zhì)、特點、發(fā)展趨勢描述的要求，又能滿足各種功能應用需求；

（3）指標可定量化、可操作性原則，在當前經(jīng)濟技術(shù)條件下能夠?qū)崿F(xiàn)定量化的指標，盡可能設(shè)置為定量化指標，盡管此項工作具有很大難度，但盡量將地質(zhì)工作向定量化轉(zhuǎn)變。

3 評價流程

首先根據(jù)收集資料和現(xiàn)場工作成果進行基礎(chǔ)地質(zhì)分析工作，包括基礎(chǔ)地質(zhì)條件、工程地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件和地質(zhì)環(huán)境條件。

其次進行城市區(qū)域地質(zhì)條件適宜性評價，包括地質(zhì)資源評價和地質(zhì)環(huán)境評價，其中地質(zhì)資源評價要對每一種地質(zhì)資源的數(shù)量和品質(zhì)進行評價，并結(jié)合環(huán)境負作用、經(jīng)濟價值評估資源開發(fā)的適宜程度。地質(zhì)環(huán)境評價主要是評價地質(zhì)環(huán)境容量對城市發(fā)展的貢獻和制約，同時要評估城市發(fā)展對地質(zhì)環(huán)境產(chǎn)生的負作用，地質(zhì)環(huán)境評價最基本的是水土環(huán)境的質(zhì)量，這是承載城市的根本物質(zhì)基礎(chǔ)；再對地質(zhì)災害、工程地質(zhì)條件、區(qū)域地殼穩(wěn)定性進行定量評價，其中地質(zhì)災害不僅危害性大，同時具有一定的長期性和隱藏性，因此地質(zhì)災害危險性評價應綜合考慮“現(xiàn)狀評估危險性”和“預測評估危險性”，再結(jié)合“防治難度”評估某一種地質(zhì)災害對規(guī)劃用地或建設(shè)用地適宜性的影響程度；最后將各類評價結(jié)果應用不同方法綜合判別，進行約束性地質(zhì)條件適宜性區(qū)劃（圖2）。

最后成果報告的編制，包括文字報告、附圖和附表、信息系統(tǒng)等。

4 評價方法

4.1 地質(zhì)資源

本次針對淺層地溫能、地熱能、再生水熱能、地下水資源、地下空間資源進行定量分級評價（表2）。

（1）淺層地溫能

淺層地溫能是指蘊藏在地表以下一定深度（一般小于200m）范圍內(nèi)巖土體、地下水和地表水中具有開發(fā)利用價值的一般低于25℃的熱能（衛(wèi)萬順等，2012）。本次評價方法參照《淺層地熱能勘查評價規(guī)范》（DZ/T0225-2009）中關(guān)于地埋管換熱方式、地下水換熱方式適宜性分區(qū)的分級方法執(zhí)行。

（2）地熱能

地熱能是指地球內(nèi)部的地熱能、地熱流體及其有用組分，目前熱水型地熱能是資源開發(fā)利用的主要對象（劉宗明等，2017）。本次評價方法部分參考了《地熱資源地質(zhì)勘查規(guī)范》（GB/T11615-2010）中關(guān)于溫度和地熱井單位產(chǎn)量的分級，評價方法中通過熱儲層頂板埋深、溫度、單井產(chǎn)量3個方面進行定量評價。由于地熱資源主要以利用熱量為主，因此將溫度和單井出水量合并換算成“單井每天開采熱量”這種表達方式，這樣既兼顧這兩項指標，又不局限于其中某一項指標。

（3）再生水熱能

表1 評價指標明細表Tab.1 List of evaluation indicators

圖2 城市區(qū)域地質(zhì)條件適宜性評價流程圖Fig.2 The evaluation process of suitability evaluation method for urban regional geological conditions

再生水中所蘊藏的低溫熱能，其能量主要來源于城市排熱、污水處理工藝的增熱產(chǎn)熱和太陽輻射等（北京市地質(zhì)勘察技術(shù)院，2011）。評價方法中參照了《北京市再生水熱能利用研究及規(guī)劃》中《北京市再生水熱能資源開發(fā)利用規(guī)劃》專題成果，通過污水處理廠日處理量、再生水輸送距離2個方面進行定量評價。

（4）地下水資源

地下水資源主要參考地下水可開采量進行定量評價，所謂地下水可采資源量是指在一定技術(shù)和經(jīng)濟條件下，開采過程中不會誘發(fā)嚴重的環(huán)境地質(zhì)問題，可以持續(xù)開采利用的地下水量（北京市地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局等，2008）。本次評價參考了《供水水文地質(zhì)勘察規(guī)范》（GB50027-2001）中關(guān)于對供水水源地的分級，新增加了定量化指標。

（5）地下空間資源

地下空間資源是指在城市地表以下一定深度范圍內(nèi)，受到地質(zhì)條件約束，在現(xiàn)有技術(shù)經(jīng)濟條件能開發(fā)利用的土層或巖層中天然形成或經(jīng)人工開發(fā)而成的空間，以及空間中蘊藏的各類地質(zhì)資源。對于地下空間資源評價主要參照《地下空間資源適宜性評價》綜合得分進行定量分級（北京市地質(zhì)調(diào)查研究院，2018）。

表2 地質(zhì)資源類指標評價表Tab.2 Evaluation of geological resources indexes

4.2 地質(zhì)環(huán)境

（1）地質(zhì)災害

地質(zhì)災害是指因地質(zhì)環(huán)境條件的變化或人為活動引發(fā)危害人民生命和財產(chǎn)安全的地質(zhì)現(xiàn)象（鄭桂森等，2015）。本次評價主要針對“現(xiàn)狀評估”部分進行了定量化研究，各類地質(zhì)災害評價分級詳見表3。

地面沉降：地面沉降是指在自然和人為因素作用下，由于地殼表層土體壓縮而導致區(qū)域地面標高降低的一種環(huán)境地質(zhì)現(xiàn)象（北京市地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局等，2008）。從地面沉降造成的危害性角度出發(fā)，地面差異性沉降幅度較大的區(qū)域會對地表建筑物造成較大的危害，因此增加了“年地面沉降坡度”進行定量評價。

活動斷裂：活動斷裂是指在全新地質(zhì)時期（1.2萬年）內(nèi)有過地震活動或近期正在活動的，今后100年可能繼續(xù)活動的斷裂叫全新活動斷裂，即“工程活斷層”（鄭桂森等，2013）。評價方法中參照《地質(zhì)災害危險性評估技術(shù)規(guī)范》（DB11/T 893-2012）進行評價。

地裂縫：地裂縫是指由于自然地質(zhì)作用和人類工程活動造成的區(qū)域性地面開裂的現(xiàn)象。評價方法中增加了地裂縫密度、單個地裂縫長度、地裂縫（帶）寬度、地裂縫活動速率4項定量化評價指標。

砂土液化：砂土液化是指在地表下一定深度內(nèi)可液化的飽和土層在地震力作用下產(chǎn)生的震動液化。評價方法中參照《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》(GB50011-2001)中液化指數(shù)（ILE）進行定量分級。

巖溶塌陷：巖溶塌陷是指可溶性巖石或巖層在水的作用下形成的塌落或沉陷作用，評價方法通過對碳酸鹽巖純度、地下溶洞土洞情況、地面下陷開裂塌陷情況、上覆松散層厚度、鉆探情況5項指標進行定量評價，其中鉆探情況是新增定性指標。

崩塌：崩塌是指巖（土）體離開母體崩落的現(xiàn)象。評價方法中新增加了崩塌（危巖體）不利結(jié)構(gòu)面發(fā)育程度、高陡邊坡的地形坡度、崩塌體距地面高度3項評價指標。

表3 地質(zhì)災害類指標評價表Tab.3 Evaluation of geological hazard indexes

滑坡：滑坡是指斜坡上的巖土體在內(nèi)外因素（營力）作用和影響下沿坡內(nèi)一定的軟弱帶（或面）作整體地向前向下移動的現(xiàn)象。評價方法中參照《地質(zhì)災害危險性評估規(guī)范》（DZ/T 0286-2015），采用滑坡前緣狀態(tài)、地表徑流、滑體平均坡度、后緣變形狀況、穩(wěn)定系數(shù)5項指標進行評價。

泥石流：泥石流是指大量泥沙、石塊和水的混合體流動的現(xiàn)象。評價方法中參照《地質(zhì)災害危險性評估規(guī)范》（DZ/T 0286-2015）中“泥石流發(fā)育程度量化評分及評判等級標準表”進行定量評價。

采空塌陷：采空塌陷是指地下采礦活動引起的地面形變現(xiàn)象。評價方法中新增加了開采層傾角、抗剪強度與承載力比值2項定量化評價指標。

（2）水土環(huán)境

水土環(huán)境評價是對擬建工程周邊區(qū)域土壤和地下水環(huán)境進行調(diào)查評價工作，分別對無機指標和有機指標進行分級，再進行健康風險評價。

地下水質(zhì)量評價：地下水指標評價參照《地下水質(zhì)量標準》（GB/T 14848-2017）。

土壤質(zhì)量評價：土壤質(zhì)量評價參照《土壤環(huán)境質(zhì)量標準》（GB 15618-1995）。

健康風險評價：健康風險評價參照《場地環(huán)境評價導則》（DB11/T 656-2009）中“7第三階段-風險評價”，分別對暴露點濃度和攝入量進行計算，攝入量計算包括直接攝入土壤污染物、皮膚直接接觸土壤、呼吸吸入土壤塵、呼吸土壤或地下水中揮發(fā)性污染物、飲用污染地下水。

（3）工程地質(zhì)條件

工程地質(zhì)條件評價是對擬建工程周邊區(qū)域與工程建筑有關(guān)的地質(zhì)環(huán)境各項因素進行調(diào)查評價工作（衛(wèi)萬順等，2011），主要包括地形地貌、地基穩(wěn)定性、腐蝕性3個方面（表4）。

地形地貌：評價方法中增加了地形地貌、地形坡度2項指標進行評價。

地基穩(wěn)定性：包括地基承載力、地基壓縮性、人工填土、軟弱性土、濕陷性黃土、土均勻性6個方面進行評價。其中人工填土和軟弱性土根據(jù)大量工作實踐，將原定性指標轉(zhuǎn)為定量；并新增加了土均勻程度定性指標。

腐蝕性評價：首先要參考地下水類型和地下水水位，當?shù)叵滤幌陆禃r，則會增加土體自重壓力，引起地基附加沉降。當?shù)叵滤簧仙龝r，浸濕軟化巖土，造成地基土的強度降低、壓縮性增大，嚴重時會導致建筑物沉降變形。腐蝕性評價方法參照《巖土工程勘察規(guī)范》（GB50021-2001）中地下水和土對主要建筑材料（混凝土結(jié)構(gòu)、鋼筋結(jié)構(gòu)）的腐蝕性進行定量評價。

（4）區(qū)域地殼穩(wěn)定性

本次評價參照《活動斷層與區(qū)域地殼穩(wěn)定性調(diào)查評價規(guī)規(guī)范》（DD2015-02）和《中國城市地質(zhì)》（中國地質(zhì)學會城市地質(zhì)研究會，2005）中關(guān)于區(qū)域地殼穩(wěn)定性的評價方法，通過地震震級、地震基本烈度、地震動峰值加速度、斷裂活動速率、強震周期、地殼升降速率、水平應力與垂直應力比值7項指標，各指標定量分級詳見表5。

表4 工程地質(zhì)條件指標評價表Tab.4 Evaluation of engineering geological conditions indexes

表5 區(qū)域地殼穩(wěn)定性指標評價表Tab.5 Evaluation of regional crustal stability indexes

5 結(jié)論

本文系統(tǒng)研究了城市區(qū)域地質(zhì)條件適宜性評價定量化指標，主要結(jié)論如下：

（1）城市區(qū)域地質(zhì)條件適宜性評價是指為了滿足城市布局選址、規(guī)劃建設(shè)、安全運行、轉(zhuǎn)型升級對地質(zhì)資源和地質(zhì)環(huán)境的需求，對區(qū)域各項地質(zhì)要素進行的定量評價工作；

（2）本文通過大量城市地質(zhì)工作實踐，對現(xiàn)有國內(nèi)外各項地質(zhì)評價標準、評價方法進行深入分析研究，建立了城市區(qū)域地質(zhì)條件適宜性評價指標體系，梳理地質(zhì)資源和地質(zhì)環(huán)境兩類，包括20種地質(zhì)要素，68項指標，修訂了其中25項指標，包括新增指標22項（定量指標17項、定性指標5項）、將原定性轉(zhuǎn)為定量指標2項、修訂原定量指標1項；

（3）該評價指標體系體現(xiàn)出實用性、適用性原則，既能滿足對某地質(zhì)要素的性質(zhì)、特點、發(fā)展趨勢描述的要求，又能滿足各種功能應用需求，同時各項指標可作為區(qū)域資源環(huán)境承載力評價指標的重要參考；

（4）此項工作目前處于嘗試探索階段，需要不斷完善評價指標體系。

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