海岸帶地質(zhì)工作中陸海統(tǒng)籌的方法論探討

黎 兵, 王寒梅, 史玉金

(上海市地質(zhì)調(diào)查研究院，上海 200072)

0 引言

近年來，我國海岸帶地質(zhì)工作蓬勃發(fā)展，形成了系列地質(zhì)調(diào)查和監(jiān)測的技術(shù)規(guī)范[1-2]，開展了環(huán)渤海、長三角和北部灣等地的綜合地質(zhì)調(diào)查[3-5]，積累了大量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，編制了系列成果圖件[6-7]。但受工作條件和技術(shù)手段差異等的影響，已有工作多按陸區(qū)和海區(qū)獨立開展，未對二者進(jìn)行有效統(tǒng)籌。十九大報告提出實施“區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展戰(zhàn)略”和“堅持陸海統(tǒng)籌”的要求，為我國未來的海岸帶地質(zhì)工作指明了方向。為此，中國地質(zhì)調(diào)查局進(jìn)一步明確了新時期海岸帶工作的目標(biāo)任務(wù)[8]。由于陸區(qū)和海區(qū)的工作程度、人類活動影響程度和相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等方面的顯著差異，如何實現(xiàn)“陸海統(tǒng)籌”也成為當(dāng)前海岸帶地質(zhì)工作亟需攻克的難點。盡管很多統(tǒng)籌工作正在北部灣和粵港澳大灣區(qū)進(jìn)行積極探索[4]，且在部門協(xié)作和機(jī)制建設(shè)上也取得了可喜進(jìn)展，但在技術(shù)層面上的工作思路尚未成熟。上海作為率先開展海岸帶綜合地質(zhì)調(diào)查與監(jiān)測的地區(qū)之一，對陸海統(tǒng)籌實施方法進(jìn)行了一些有益的探索，取得了一些認(rèn)識。基于上海海岸帶地質(zhì)工作實踐與思考，結(jié)合全國海岸帶地質(zhì)工作現(xiàn)狀，本文嘗試對海岸帶地質(zhì)工作中陸海統(tǒng)籌的思路進(jìn)行總結(jié)，旨在為全國開展海岸帶地質(zhì)工作提供借鑒。

1 陸海統(tǒng)籌的內(nèi)涵

陸海統(tǒng)籌，即對陸域和海域進(jìn)行通盤考慮[9]。20年來，隨著人口、資源、環(huán)境問題的日益突出，陸海統(tǒng)籌對經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的重要性不斷凸顯，很多學(xué)者從不同角度闡述了陸海統(tǒng)籌的思想和內(nèi)涵[9-11]。但已有研究多著眼于氣象、海平面、生物及水體等環(huán)境信息[12-14]，亦或基于經(jīng)濟(jì)發(fā)展和管理層面，或著重于空間規(guī)劃[15]和機(jī)制建設(shè)[16]。對海岸帶地質(zhì)工作，中國地質(zhì)調(diào)查局[17]明確要求消除陸海屏障，克服陸海分隔、專業(yè)分離的問題，并提出圍繞重大地質(zhì)問題和重大工程安全保障進(jìn)行統(tǒng)籌部署。但在實施層面，由于工作實踐和積累時間短，尚未形成成熟的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，限制了相關(guān)工作的有效推進(jìn)和成果落地。

基于我國海岸帶地質(zhì)工作現(xiàn)狀和上海的工作實踐，本文認(rèn)為，海岸帶地質(zhì)工作的陸海統(tǒng)籌在技術(shù)層面應(yīng)包含“陸海一張圖”和“陸海聯(lián)動”兩個方面的要求。前者代表由“兩張圖”到“一張圖”的轉(zhuǎn)變，即成果圖件的陸海一體化。受制于陸區(qū)和海區(qū)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和工作程度的差異(陸區(qū)工作程度往往較海區(qū)為高)，我國海岸帶陸區(qū)和海區(qū)成果多用“兩張圖”分別表示，二者相互獨立，難以有效整合的問題非常突出，很多已有成果圖件的整合也難免流于形式或犧牲數(shù)據(jù)的科學(xué)性。因此，在海岸帶地質(zhì)工作中，著眼于陸海成果圖件一體化應(yīng)成為實現(xiàn)陸海統(tǒng)籌的重要目標(biāo)。后者則為實現(xiàn)“陸海聯(lián)動”，因為水是連接陸海的載體，在陸海聯(lián)動監(jiān)測中，水體應(yīng)成為重要對象。海平面上升對城市安全的影響、海水入侵對陸區(qū)地下水的影響、陸區(qū)污染對海域生態(tài)環(huán)境的影響等陸海環(huán)境變化的相互影響和相互作用過程都是通過水體實現(xiàn)的，因此，加強對水體的監(jiān)測是加深陸海地質(zhì)過程的理解和實現(xiàn)陸海統(tǒng)籌的必然要求。

2 陸海統(tǒng)籌的內(nèi)容

為實現(xiàn)海岸帶地質(zhì)工作中的“陸海一張圖”和“陸海聯(lián)動”，除了要加強海區(qū)定位、地下水和地層形變監(jiān)測、灘涂區(qū)物探和鉆探施工等技術(shù)方法上的探索外，還要在外業(yè)工作部署和成果圖件編制的工作思路方面有別于以往單獨按陸區(qū)或海區(qū)開展的工作。

2.1 外業(yè)工作部署

2.1.1 地質(zhì)調(diào)查

在海岸帶地質(zhì)調(diào)查工作中，主要關(guān)注地表沉積物及以下地層特征。開展的外業(yè)工作包括底質(zhì)表層取樣、底質(zhì)柱狀取樣、地質(zhì)鉆探和地球物理探測。在外業(yè)工作部署上，相關(guān)技術(shù)規(guī)范明確了不同比例尺調(diào)查精度的部署網(wǎng)格要求。但基于工作實踐，本文認(rèn)為，規(guī)定的量化網(wǎng)格不應(yīng)成為強制條件，只能作為工作量部署的參考性約束。而了解海區(qū)條件是基礎(chǔ)，因為其對網(wǎng)格部署構(gòu)成限制。如水深、海底拋石或新建堤壩等海區(qū)條件是船只能否前往施工的基本前提，其處于不斷變化中(尤其對長江口等河口地區(qū))，且難以通過遙感影像準(zhǔn)確識別。因此，提前進(jìn)行海上航行踏勘并定位船只不便前往的精確邊界點，成為外業(yè)工作部署是否具可操作性的保障。

從陸海統(tǒng)籌角度，除考慮海區(qū)條件和規(guī)定網(wǎng)格外，還要考慮外業(yè)工作部署需結(jié)合陸區(qū)已有可利用資料的分布和需要解決的區(qū)域性地質(zhì)問題，以利于后期陸海一體化成果圖件的編制。如對于地質(zhì)鉆孔的布置，除了要考慮控制不同區(qū)域地層特征外，還要考慮與陸區(qū)聯(lián)合形成地質(zhì)剖面的需要。對于工程地質(zhì)鉆孔，可垂直區(qū)域重要工程地質(zhì)層的總體分布部署鉆孔剖面，以實現(xiàn)控制全區(qū)工程地質(zhì)特征的目的。而第四紀(jì)地質(zhì)鉆孔應(yīng)以控制區(qū)域古地理條件和演化規(guī)律為目標(biāo)部署剖面。對于底質(zhì)表層和柱狀取樣及地球物理探測亦然，以需要解決的陸海環(huán)境或科學(xué)問題為目標(biāo)，并兼顧控制不同地質(zhì)單元和調(diào)查區(qū)地質(zhì)條件。對于地球物理探測，由于海區(qū)和陸區(qū)調(diào)查技術(shù)方法差異較大，陸區(qū)除了開展地震、重磁等物探調(diào)查外，也可在河道布置一定淺地層剖面或單道地震工作作為海區(qū)相應(yīng)工作的延伸，以便于陸海一體化成果的綜合解釋。

2.1.2 地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測

目前，我國海岸帶地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測對陸區(qū)和海區(qū)關(guān)注重點截然不同。陸區(qū)重點關(guān)注地面沉降、水土污染、地層形變和海水入侵等問題，而海區(qū)關(guān)注的問題包括底質(zhì)污染、地形變化、濕地退化和海底滑坡等。為便于形成陸區(qū)和海區(qū)一體化成果，有必要對監(jiān)測指標(biāo)歸類，并統(tǒng)一部署外業(yè)工作。根據(jù)國內(nèi)外監(jiān)測現(xiàn)狀及陸海一張圖和聯(lián)動需要，本文將主要監(jiān)測指標(biāo)總結(jié)為地上條件、地表條件和地下條件3類(圖1)。

圖1 海岸帶地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測陸海統(tǒng)籌指標(biāo)分類和統(tǒng)籌路徑

地上條件以地上水體(包括地表水和海水)為代表，因為水體是反映陸區(qū)與海區(qū)條件差異與聯(lián)動的載體。為便于陸海聯(lián)動，陸區(qū)可通過河流監(jiān)測水體條件變化，監(jiān)測指標(biāo)包括水位、溫度、鹽度、懸沙濃度、流速流向和水質(zhì)等。水位對陸區(qū)河流可表現(xiàn)為徑流量，對海區(qū)可作為海平面變化指標(biāo)。

地表條件是目前我國海岸帶地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測的重點，監(jiān)測指標(biāo)主要包括地表高程、地表沉積物和地表生物3類。其中，地表高程在陸區(qū)和海區(qū)分別表現(xiàn)為地面沉降和侵蝕淤積監(jiān)測。由于陸區(qū)和海區(qū)高程基準(zhǔn)不同(海區(qū)多用理論最低潮面)，根據(jù)上海工作實踐，利用陸區(qū)或海島基巖監(jiān)測標(biāo)通過水準(zhǔn)測量引測至海堤監(jiān)測點，以海堤監(jiān)測點為起點部署潮灘和水下地形監(jiān)測剖面(圖2)，即以海堤和海島為紐帶實現(xiàn)陸?；鶞?zhǔn)的統(tǒng)一。地表沉積物則為土壤和海底沉積物，因二者物理特性和分類標(biāo)準(zhǔn)不同，結(jié)合環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測的社會需求，統(tǒng)籌監(jiān)測可以化學(xué)指標(biāo)為重點。地表生物主要包括植被和底棲生物，以濱海濕地為統(tǒng)籌監(jiān)測重點區(qū)，同時記錄了陸海環(huán)境變化。

圖2 地表高程陸海統(tǒng)籌監(jiān)測示意圖

地下條件監(jiān)測指標(biāo)歸納為地下水水質(zhì)水量、地層形變和地應(yīng)力3類，分別對應(yīng)于海水入侵、地面沉降和地震等環(huán)境地質(zhì)問題。受水域施工技術(shù)水平限制，在海區(qū)監(jiān)測應(yīng)用少見。為實現(xiàn)與陸區(qū)的統(tǒng)籌監(jiān)測，海區(qū)可利用海島部署相關(guān)工作，因為海區(qū)地下條件變化受海水影響較小，海島在一定程度上可發(fā)揮空間上控制的作用。

針對陸區(qū)和海區(qū)地上、地表和地下條件進(jìn)行統(tǒng)一部署并實施監(jiān)測，為海岸帶成果的陸海一體化帶來便利，在監(jiān)測時間和頻率上進(jìn)行統(tǒng)一部署，將進(jìn)一步增加相關(guān)監(jiān)測數(shù)據(jù)的可比性。統(tǒng)一部署、同步監(jiān)測應(yīng)成為海岸帶地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測中實現(xiàn)陸海統(tǒng)籌的方向。

2.2 一體化成果圖件編制

成果圖件是地質(zhì)調(diào)查成果的集中體現(xiàn)。利用前述統(tǒng)一外業(yè)工作部署獲取的數(shù)據(jù)，方便了一體化成果圖件的編制。但對于鉆孔、地表高程和地表沉積物數(shù)據(jù)，其陸區(qū)和海區(qū)采用的技術(shù)手段或技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)存在差異，仍會導(dǎo)致二者難以科學(xué)、有效地進(jìn)行整合。因此，在成果圖件編制中有必要對陸區(qū)和海區(qū)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行統(tǒng)一化處理，對分類差異導(dǎo)致的問題還需進(jìn)一步簡化分類。

2.2.1 地下圖件一體化

對于物探成果，通過在陸區(qū)河流拓展物探調(diào)查，陸海物探數(shù)據(jù)成果易于整合和實現(xiàn)地下圖件一體化。對主要利用鉆孔數(shù)據(jù)編制的地表以下地質(zhì)成果圖件，可通過鉆孔數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一實現(xiàn)陸海一體化。如根據(jù)前述外業(yè)工作部署控制的系列地質(zhì)剖面，可編制形成第四紀(jì)地質(zhì)圖、古地理圖、工程地質(zhì)層埋藏分布圖和工程地質(zhì)分區(qū)圖等陸海一體區(qū)域性成果圖件。但在地質(zhì)剖面編制前，要求在陸區(qū)和海區(qū)地質(zhì)鉆孔的巖心編錄、取樣測試、沉積相識別、鉆孔分層和孔口標(biāo)高等方面進(jìn)行統(tǒng)一，即實現(xiàn)鉆孔綜合柱狀圖的統(tǒng)一繪制。由于陸區(qū)工作程度一般較海區(qū)的高，以利用已有鉆孔為主，如陸區(qū)實物巖心得以保存，可根據(jù)海區(qū)標(biāo)準(zhǔn)開展補充編錄和巖礦測試等工作。孔口標(biāo)高則可根據(jù)鉆孔孔位基面關(guān)系統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。

2.2.2 地表圖件一體化

相對地表以下成果圖件的編制，地表高程和沉積物等地表信息技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)約束更為精細(xì)，為統(tǒng)一數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，需進(jìn)行更多嘗試，才能從陸海成果的“機(jī)械隔離”實現(xiàn)二者的“有機(jī)整合”。

對地表高程，最顯著的問題是陸區(qū)高程基準(zhǔn)為平面(如黃海85高程基面)，而海區(qū)常用理論最低潮面的曲面。為保障陸海一體化成果的科學(xué)性，要求建立二者的基面關(guān)系曲面如圖3所示。該圖根據(jù)上海近岸海域覆蓋全區(qū)的23個長期潮位觀測站基面關(guān)系，并結(jié)合岸線、導(dǎo)堤約束繪制，陸區(qū)示吳淞基面0 m高程，該曲面在長江口水域總體向南東傾斜，杭州灣水域向西傾斜。據(jù)此，可將陸海高程數(shù)據(jù)相互轉(zhuǎn)換。

圖3 上海近岸海域理論最低潮面相對吳淞基面的曲面模型示意圖

該曲面的構(gòu)建主要基于海區(qū)內(nèi)盡可能多的潮位站基面關(guān)系數(shù)據(jù)，還需利用海堤、海島和海洋工程分布約束曲面邊界。除了統(tǒng)一基面，還要在疊加高程數(shù)據(jù)、編制垂向變形圖件時，考慮數(shù)據(jù)精度差異問題。因為采用水準(zhǔn)技術(shù)測量的地面沉降數(shù)據(jù)精度為毫米級，而利用船載測深技術(shù)測量的水下地形數(shù)據(jù)精度為分米級，二者變化幅度差異很大，統(tǒng)一按照陸區(qū)或海區(qū)分級標(biāo)準(zhǔn)繪制的圖件都難以表達(dá)一體化信息。對這類數(shù)據(jù)，可統(tǒng)一分級數(shù)量，保留各自數(shù)值和圖例，并以相同顏色不同花紋表示陸區(qū)和海區(qū)的差異。如陸區(qū)沉降量和海區(qū)侵蝕淤積量均按各自標(biāo)準(zhǔn)分為7級，侵蝕程度最大的等級對應(yīng)于沉降量最大的等級，均以相同顏色表示，同時對海區(qū)充以相應(yīng)花紋，其他等級類推。

對地表沉積物，因陸區(qū)土壤和海底表層沉積物分類標(biāo)準(zhǔn)不同，數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)難以實現(xiàn)完全統(tǒng)一。但根據(jù)海堤或岸線附近沉積物類別進(jìn)行比對，并識別不同類別的相似性，同時對分類復(fù)雜的土壤進(jìn)行簡化處理，也可形成一體化圖件。為避免犧牲成果圖件的科學(xué)性，在土壤和沉積物的花紋和圖例上應(yīng)明示區(qū)別。簡化分類的方法不僅對地表沉積物類別可行，對地球化學(xué)評價圖件同樣適宜。上海陸區(qū)土壤環(huán)境質(zhì)量分為4級，海底沉積物分為5級，在陸海一體化圖件中，將其簡化為良好、一般和較差3級。盡管一體化圖件損失了大量原有信息，但簡化的分類方便了對區(qū)域地質(zhì)條件的理解和成果應(yīng)用。

2.2.3 地上圖件一體化

因為地上條件以地表水和海水為代表，對沒有河流分布的大部分陸區(qū)不便覆蓋，不適于陸海條件的完全一體化。但地上條件動態(tài)變化可采用相同技術(shù)方法進(jìn)行監(jiān)測，易于編制覆蓋河流和海區(qū)水體監(jiān)測指標(biāo)的圖件，如水位水質(zhì)、流速流向等監(jiān)測指標(biāo)的時空分布和變化圖。這些圖件對于理解陸海作用過程和評價人地關(guān)系及相互影響無疑具積極意義。由于陸區(qū)河流通常較窄，不利于在區(qū)域成果中直觀展示，可在圖件表達(dá)上按比例加寬處理。

3 結(jié)論

(1)陸海統(tǒng)籌要求陸海成果一體化和以水為媒介進(jìn)行陸海環(huán)境監(jiān)測聯(lián)動。

(2)當(dāng)前海岸帶地質(zhì)工作中的陸海統(tǒng)籌可在外業(yè)工作部署、成果圖件編制和調(diào)查技術(shù)創(chuàng)新等方面開展更多探索，并形成新的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，以指導(dǎo)這項工作有序推進(jìn)。

(3)為實現(xiàn)陸海成果一體化，外業(yè)工作部署上應(yīng)以區(qū)域性地質(zhì)成果為導(dǎo)向，以陸區(qū)河流和海區(qū)海島為補充，以海堤或岸線為紐帶。在地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測上應(yīng)明確陸海一體化監(jiān)測指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)一部署，同步監(jiān)測。主要監(jiān)測指標(biāo)可分為地上條件、地表條件和地下條件3類。在一體化成果圖件的編制上，統(tǒng)一陸海數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和適當(dāng)簡化分類，在一定程度上可實現(xiàn)陸海成果圖件的有機(jī)整合。

致謝： 本文工作得到上海市地質(zhì)調(diào)查研究院嚴(yán)學(xué)新、方正教授，天津地質(zhì)調(diào)查中心孫曉明、肖國強教授，青島海洋地質(zhì)研究所印萍研究員，武漢地質(zhì)調(diào)查中心黎清華博士的支持和指導(dǎo)。曹健繪制了部分圖件。在此一并致謝。