福建省三明市城市地質(zhì)調(diào)查內(nèi)容設(shè)置
——兼論山區(qū)城市的城市地質(zhì)工作重點

趙舉興

(福建省煤田地質(zhì)勘查院，福建 福州 350005)

城市地質(zhì)工作是以城市及周邊地區(qū)、潛在的城市化地區(qū)為工作范圍，綜合研究地質(zhì)要素對城市發(fā)展的約束條件以及城市發(fā)展對各地質(zhì)要素產(chǎn)生的影響，為城市規(guī)劃、建設(shè)和管理服務(wù)的地質(zhì)工作[1]。

中國已開展的城市地質(zhì)工作主要集中在平原區(qū)城市，而且這些城市多為直轄市和省會級城市[2]；山區(qū)城市和中小規(guī)模城市的城市地質(zhì)工作還未全面開展。隨著中國新型城鎮(zhèn)化和生態(tài)中國建設(shè)戰(zhàn)略的全面實施，城市地質(zhì)工作必將逐步突破單一的城市格局，與國土區(qū)域規(guī)劃接軌。因此，山區(qū)城市和中小城市的城市地質(zhì)工作將會成為未來的重點。

三明市位于福建省中心地帶，是海峽西岸連接華中地區(qū)的交通要沖，同時也是典型的山區(qū)城市。目前三明市正規(guī)劃實施“海西三明生態(tài)工貿(mào)區(qū)”建設(shè)，以沙溪河兩岸的產(chǎn)業(yè)園區(qū)為發(fā)展重點，推動三明市區(qū)與沙縣、永安同城化空間整合，實現(xiàn)“北擴(kuò)、南延、東連、西拓”的發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)。因此開展三明城市地質(zhì)調(diào)查工作具有重要的理論與實踐意義。

1 自然地理與地質(zhì)背景

三明市城市地質(zhì)調(diào)查工作區(qū)范圍是《三明市城市總體規(guī)劃(2010—2030)》確定的“海西三明生態(tài)工貿(mào)區(qū)”范圍，面積3 682 km2，地理坐標(biāo)為117°20′～117°50′E，25°55′～26°30′N，包括三明市區(qū)(梅列區(qū)、三元區(qū))全轄區(qū)，沙縣、永安市城區(qū)及部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)，其中重點調(diào)查區(qū)范圍為三明市、沙縣和永安城區(qū)及周圍產(chǎn)業(yè)園區(qū)，面積約600 km2(圖1)。

區(qū)內(nèi)地貌以低山和丘陵為主,其中沙溪河南東岸地勢陡峻，多為中山、低山；北西岸地勢較緩，以低山、丘陵為主，并嵌有山間河谷盆地[3]。區(qū)內(nèi)地層發(fā)育齊全，出露的碳酸鹽巖主要為二疊系船山組和棲霞組灰?guī)r，總面積約102 km2，占工作區(qū)總面積的3.1%，主要分布于三明盆地和大湖—永安盆地，這兩個盆地內(nèi)巖溶較為發(fā)育，易誘發(fā)巖溶塌陷(圖1)。

工作區(qū)位于閩西南拗陷帶東部胡坊—永定隆起與大田—龍巖拗陷的交接地帶(圖1)，構(gòu)造的形態(tài)以斷裂為主。區(qū)內(nèi)新構(gòu)造運動的特征表現(xiàn)為沙溪西岸上升幅度較大，以整體上升為主;東岸上升幅度中等，以斷塊上升為主。

區(qū)內(nèi)地表水系發(fā)育，呈格子狀分布，主要河流為沙溪及其支流。地下水劃分為四個基本類型：松散巖類孔隙水,碎屑巖類孔隙裂隙水,碳酸鹽類裂隙溶洞水和基巖裂隙水。其中碳酸鹽類裂隙溶洞水水量豐富;基巖裂隙水又根據(jù)不同巖類的差異，分構(gòu)造脈狀裂隙水、層狀基巖裂隙水和塊狀基巖裂隙水三個亞類。地下水的補給、徑流、排泄區(qū)基本一致，補給來源主要是大氣降水和地表水的垂直補給[4-6]。

根據(jù)區(qū)內(nèi)巖土成因條件及巖性特征，結(jié)合巖土體結(jié)構(gòu)、巖石物理力學(xué)性質(zhì)及工程地質(zhì)特征，將區(qū)內(nèi)巖土體劃分為堅硬塊狀火山巖組、堅硬塊狀侵入巖組、堅硬層狀變質(zhì)巖組、堅硬層狀沉積碎屑巖組、軟弱層狀沉積碎屑巖組、堅硬層狀碳酸鹽巖組和土體(圖1)。

圖1 工作區(qū)工程地質(zhì)略圖Fig.1 Simple engineering geological map of study area1.軟弱層狀沉積碎屑巖組;2.工作區(qū)界線 ;3.河流;4.堅硬塊狀火山巖組;5.堅硬層狀變質(zhì)巖組;6.堅硬層狀碳酸鹽巖組;7.行政區(qū)劃界線;8.產(chǎn)業(yè)園代號及范圍;9.堅硬塊狀侵入巖組;10.堅硬層狀沉積碎屑巖組;11.土體;12.城市;13.盆地范圍。

三明梅列區(qū)三明三元區(qū)沙縣永安共計滑坡/處4766165(含潛在點)64342崩塌/處37100(含潛在點)26136不穩(wěn)定斜坡/處131432(含潛在點)2180地面塌陷/處1(巖溶塌陷)2(巖溶塌陷)12(巖溶塌陷)6泥石流/處00202威脅人口/人2 0392 24911 8171 28417 389

注：資料來源于2013年《三明、沙縣、永安市地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查報告》。

2 地質(zhì)環(huán)境問題

三明市是以低山、高丘陵為主的山區(qū)城市，地形起伏較大，天然陡坡發(fā)育，各類巖石風(fēng)化層較厚，加之地表水系發(fā)育、降水充沛，是水土流失的嚴(yán)重區(qū);此外,灰?guī)r和重晶石開采過程中產(chǎn)生的礦山廢棄物不僅占用破壞土地資源，也對地下水系統(tǒng)造成破壞。

除上述地質(zhì)環(huán)境問題外，還有地質(zhì)災(zāi)害和山洪災(zāi)害威脅著當(dāng)?shù)鼐用竦纳敭a(chǎn)安全。地質(zhì)災(zāi)害類型主要有滑坡、崩塌、不穩(wěn)定斜坡和巖溶塌陷,此外還存在大量的棄土堆積場，這些棄土場極易在暴雨季節(jié)被引發(fā)為泥石流。上述類型的地質(zhì)災(zāi)害均屬突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害，具有點多、面廣、規(guī)模小、危害大的特點(表1)。

山洪災(zāi)害主要發(fā)生在沙溪河及其兩岸支流地區(qū)。工作區(qū)屬中亞熱帶季風(fēng)氣候，降水充沛，多年平均降水量1 587.6～1 855.2 mm。降水量隨季節(jié)變化明顯，3-9月降水量占全年的73.51%，5-6月降水量多易形成暴雨山洪,7-9月多為臺風(fēng)降水，短時降水量大且集中,因此每年3-9月經(jīng)常發(fā)生山洪災(zāi)害。區(qū)內(nèi)山間溝谷發(fā)育，洪水對沙溪河及其支流兩岸的岸坡穩(wěn)定性產(chǎn)生了較大的影響，局部地段常出現(xiàn)護(hù)岸工程失穩(wěn)及塌岸現(xiàn)象；加之較多鄉(xiāng)鎮(zhèn)建在原來的溝谷沖積扇上，受山洪威脅較大。因此，山洪災(zāi)害對三明市以沙溪河兩岸地區(qū)作為核心發(fā)展區(qū)造成了較大的地質(zhì)安全隱患。

3 城市地質(zhì)工作現(xiàn)狀

三明市還未開展系統(tǒng)的城市地質(zhì)工作。上世紀(jì)60年代以來陸續(xù)開展的區(qū)域地質(zhì)調(diào)查、水文地質(zhì)調(diào)查、工程地質(zhì)調(diào)查和環(huán)境地質(zhì)調(diào)查積累了較為豐富的成果資料，為系統(tǒng)開展城市地質(zhì)調(diào)查奠定了良好的基礎(chǔ)。但受項目目的任務(wù)限制，多為小比例尺區(qū)域性調(diào)查或針對性較強的專項調(diào)查工作，環(huán)境地質(zhì)條件研究程度不一，資料歸屬于采用不同行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的不同部門，導(dǎo)致缺乏對區(qū)內(nèi)工程地質(zhì)條件完整系統(tǒng)的認(rèn)識。此外近年來城市建設(shè)快速發(fā)展導(dǎo)致環(huán)境地質(zhì)條件發(fā)生改變，地質(zhì)環(huán)境問題呈現(xiàn)新的特點，已有資料難以滿足社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要，亟待開展系統(tǒng)全面的城市地質(zhì)工作。

3.1 新的地質(zhì)需求

隨著城市化進(jìn)程的推進(jìn)，經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展面臨著新的挑戰(zhàn)，人口、資源和環(huán)境問題已變得越來越尖銳，城市的規(guī)劃建設(shè)和發(fā)展出現(xiàn)了新的、更高的地質(zhì)需求。

三明市的規(guī)劃按照以重點帶全局的發(fā)展思路，打破以現(xiàn)有行政區(qū)劃為界的發(fā)展格局，實施“三城整合、多點聯(lián)動、中心提升、特色支撐”戰(zhàn)略，構(gòu)筑“一帶、雙城、四片、四園區(qū)”總體空間格局。其中以“四園區(qū)”為重點建設(shè)經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)，是三明市規(guī)劃及未來持續(xù)發(fā)展的基石，各產(chǎn)業(yè)園有相同的地質(zhì)需求，如地質(zhì)災(zāi)害防治,也有根據(jù)自身發(fā)展所需的特殊地質(zhì)需求(圖1，表2)?？傮w上可以歸納為地質(zhì)安全需求、資源支撐需求、生態(tài)保護(hù)需求和社會文化需求四個方面。

表2 各產(chǎn)業(yè)園區(qū)發(fā)展及地質(zhì)需求Table 2 Geologic requirements of each industrial area in the study area

地質(zhì)安全需求方面：前文已論述三明市作為典型的山區(qū)城市，本來就是各種地質(zhì)災(zāi)害的易發(fā)頻發(fā)區(qū)，又由于規(guī)劃區(qū)內(nèi)地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，容易產(chǎn)生基坑邊坡失穩(wěn)、巖溶塌陷、地面不均勻沉降以及軟土地基變形、涌沙涌水流泥等地質(zhì)問題。工業(yè)區(qū)的選址與建設(shè)首先應(yīng)考慮安全問題，這點從表2中也可以看出，解決、防治工業(yè)區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害是最根本也是最重要的任務(wù)。除傳統(tǒng)的地質(zhì)災(zāi)害的調(diào)查與治理方面，還應(yīng)加強地質(zhì)安全服務(wù)系統(tǒng)的建設(shè)。目前規(guī)劃區(qū)面臨的問題主要有地質(zhì)災(zāi)害、土壤污染和地下水污染，對區(qū)內(nèi)的地下水資源及地?zé)豳Y源開發(fā)、地下空間開發(fā)等地質(zhì)安全、城市規(guī)劃、項目布局、工程選址等均有地質(zhì)安全方面的影響，完成地質(zhì)安全服務(wù)系統(tǒng)建設(shè),才能更好地保障城市地質(zhì)環(huán)境安全，滿足城市規(guī)劃、建設(shè)、管理、減災(zāi)防災(zāi)的需要。

資源支撐需求方面：地下水、地?zé)?、建筑材料、礦產(chǎn)以及自然旅游等實體資源是城市建設(shè)、發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，地下三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)與地下空間資源信息是城市建設(shè)、發(fā)展的信息基礎(chǔ)，這些都是地質(zhì)資源；而城市總體規(guī)劃、分區(qū)規(guī)劃、土地利用規(guī)劃、地下空間開發(fā)規(guī)劃等專項規(guī)劃都需要地質(zhì)資料的支持。只有了解地質(zhì)背景和條件，適應(yīng)地質(zhì)發(fā)展規(guī)律，規(guī)避地質(zhì)風(fēng)險，才能降低建設(shè)成本，使城市向著良性的方向發(fā)展；只有充分考慮地質(zhì)因素和充分利用城市地質(zhì)資源，才能保證城市的可持續(xù)發(fā)展。

生態(tài)保護(hù)需求方面：黨的十九大已經(jīng)將生態(tài)文明建設(shè)提升至國家戰(zhàn)略層面,隨著三明城市化進(jìn)程的不斷加快，經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和城市區(qū)域人口迅速膨脹，城市規(guī)模不斷增大，國土資源的消耗不斷加劇，人為活動對地質(zhì)環(huán)境的影響已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過自然環(huán)境的影響[7]。由各類工程建設(shè)引起的地面沉降、巖溶塌陷、軟土地基變形，由地下水過度開采引起的地面沉降、巖溶塌陷、水質(zhì)惡化,如何從根本上解決這些問題，離不開地質(zhì)工作的調(diào)查研究。

社會文化的需求方向：也是生態(tài)文明建設(shè)的一個延伸。山區(qū)城市中遺存有較多的地質(zhì)遺跡，有其獨特的自然景觀、人文歷史。如區(qū)內(nèi)的永安桃源洞、大湖鱗隱石林國家地質(zhì)公園、三明萬壽巖古人類遺址等，具有很高的科研價值和欣賞價值，亦是開發(fā)旅游的主要資源。

4 三明市城市地質(zhì)調(diào)查的主要內(nèi)容

三明市城市地質(zhì)調(diào)查的研究內(nèi)容依據(jù)城市的地質(zhì)需求而定，以解決區(qū)內(nèi)城市可持續(xù)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境保護(hù)的重大課題，實現(xiàn)人—地—自然和諧為目標(biāo)，按照《城市地質(zhì)調(diào)查規(guī)范》(DZ/T 0306—2017)從地質(zhì)安全、資源支撐、生態(tài)保護(hù)和社會文化四個地質(zhì)需求方面展開。

首先需要完成的是大比例尺的水工環(huán)地質(zhì)調(diào)查[8-13]，這既是以上四個方面的調(diào)查基礎(chǔ)，也是以上四個方面的調(diào)查內(nèi)容。區(qū)域水文地質(zhì)、工程地質(zhì)和環(huán)境地質(zhì)調(diào)查，是國土資源大調(diào)查的重要內(nèi)容之一，更是城市規(guī)劃建設(shè)和發(fā)展的基本需求，也是針對三明市地質(zhì)需求特點進(jìn)行專項城市地質(zhì)調(diào)查研究評價的重要前提條件。

(1) 基于地質(zhì)安全的調(diào)查研究：包括地質(zhì)災(zāi)害的研究、沙溪河兩岸工程穩(wěn)定評價以及巖溶塌陷研究三大方面。

區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害(崩塌、滑坡、山洪泥石流、巖溶塌陷)對城市建設(shè)發(fā)展影響較大，特別是暴雨引起的山洪(稀性泥石流)災(zāi)害,因此應(yīng)加強地質(zhì)災(zāi)害對城市建設(shè)的影響研究，在對現(xiàn)狀分析、危害程度、形成條件和發(fā)生規(guī)律的基礎(chǔ)上分析演化過程及發(fā)展趨勢。此外，還應(yīng)選擇典型構(gòu)造帶和構(gòu)造點，認(rèn)真調(diào)查不同構(gòu)造活動階段的動力學(xué)特征，進(jìn)行構(gòu)造—地貌—沉積—氣候演化的綜合對比研究，分析探討地質(zhì)災(zāi)害與城市建設(shè)彼此之間的耦合響應(yīng)和因果關(guān)系，最大限度地控制因人類經(jīng)濟(jì)建設(shè)活動造成地質(zhì)災(zāi)害而帶來的損失。

區(qū)內(nèi)為數(shù)不多的第四系絕大部分出露于沙溪河兩岸，可以說沙溪河兩岸既是重要的地層單元，又是三明市的經(jīng)濟(jì)帶，因此沙溪河兩岸的地質(zhì)安全尤為重要。設(shè)立沙溪河兩岸工程地質(zhì)調(diào)查與評價專題，用于查清沙溪河兩岸城市規(guī)劃區(qū)的工程地質(zhì)條件、沖刷與坍岸發(fā)育條件，對沿河兩岸的巖土體工程地質(zhì)特征及其工程建設(shè)適宜性作出科學(xué)評價。在實地調(diào)查過程中，還應(yīng)加強理論研究，通過選擇典型的地層剖面，重點開展河流階地、溯源侵蝕以及河道改道過程研究，及地貌演化階段史研究，并由此分析地殼隆升的歷史。

區(qū)內(nèi)巖溶地區(qū)對工業(yè)園選址、城市安全有重要影響，應(yīng)設(shè)立巖溶地質(zhì)調(diào)查與巖溶塌陷防治評價的專題。圈定出區(qū)內(nèi)地表和地下的灰?guī)r分布范圍，查明巖溶的發(fā)生和發(fā)育條件，研究巖溶塌陷形成機(jī)制,綜合分析討論區(qū)域巖溶形成機(jī)理及塌陷機(jī)制，提出巖溶塌陷地質(zhì)災(zāi)害防治規(guī)劃建議。

(2) 基于資源支撐的調(diào)查研究：三明市為山區(qū)城市，山多地少，地下空間的發(fā)展與利用一定是今后的發(fā)展方向。基于此，設(shè)立地下空間開發(fā)利用適應(yīng)性和地下水資源評價專題，用于查明各工程地質(zhì)巖組的工程地質(zhì)條件，分析不良工程地質(zhì)層的發(fā)育深度及空間分布規(guī)律；用于進(jìn)行工程地質(zhì)條件評價和重點工作區(qū)三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型的建立，更好地服務(wù)于地下空間的開發(fā)利用；通過分析地表水系對地下水的影響范圍和水文地質(zhì)特征響應(yīng)，構(gòu)建三維含水層系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型；通過數(shù)值模擬的方法評價應(yīng)急水源地的天然補給資源量、允許開采量、應(yīng)急開采量、地下水質(zhì)量和地下水潛力等，提出應(yīng)急供水建議，為城市安全供水保障提供科學(xué)依據(jù)。城市地質(zhì)工作中的資源調(diào)查還應(yīng)包括區(qū)內(nèi)地質(zhì)遺跡的調(diào)查，與旅游地質(zhì)相結(jié)合，不僅可以研究地質(zhì)遺跡成因特點，進(jìn)行地學(xué)科普教育,還可以結(jié)合建設(shè)規(guī)劃提出針對性開發(fā)和保護(hù)的措施建議，服務(wù)地方。在此基礎(chǔ)上，應(yīng)設(shè)計資源環(huán)境承載力綜合評價專題，確定地質(zhì)資源、環(huán)境承載能力綜合評價對象，建立資源環(huán)境承載力評價指標(biāo)體系與評價方法，開展資源環(huán)境承載力綜合評價，從地質(zhì)資源環(huán)境承載能力角度提出國土資源優(yōu)化配置對策建議。

(3) 基于生態(tài)保護(hù)與社會文化的調(diào)查研究：山區(qū)城市因其地質(zhì)條件原因，相對規(guī)模較小特別是三明地區(qū)由于其獨特的地理氣候，地表水系發(fā)育，風(fēng)化土較厚,工程性能不一，由于可直接利用的建設(shè)用地較少，一般都需進(jìn)行一定的挖填工程，對原始自然地貌改變較大，如處置不當(dāng)，經(jīng)常引起人為的地質(zhì)災(zāi)害。如何引導(dǎo)人為活動的合理性，涉及到基于社會文化的調(diào)查研究，這項內(nèi)容應(yīng)在每項專題中得到體現(xiàn)。調(diào)查中需要對當(dāng)?shù)厝罕娫诘貙W(xué)科普、環(huán)保意識、土地合理利用等方面進(jìn)行宣傳與講解，使其在環(huán)境方面的認(rèn)識有所提高。

基于上述四個方面的調(diào)查內(nèi)容,可以為三明地下空間開發(fā)、資源利用與地質(zhì)災(zāi)害防治、土地利用規(guī)劃等提供地質(zhì)數(shù)據(jù)和科學(xué)決策依據(jù)，將在城市建設(shè)與發(fā)展中產(chǎn)生明顯的經(jīng)濟(jì)效益、社會效益與環(huán)境效益。

5 結(jié)論

(1) 三明市作為典型的山區(qū)城市，其地貌特征、氣候特征及地質(zhì)特征均有其特殊性，由此引起的地質(zhì)災(zāi)害、山洪災(zāi)害及環(huán)境地質(zhì)問題同樣區(qū)別于非山區(qū)城市。對其進(jìn)行城市地質(zhì)調(diào)查時一定要結(jié)合區(qū)內(nèi)自身的特征，明確存在的地質(zhì)需求和主要地質(zhì)環(huán)境問題，才能進(jìn)行研究內(nèi)容的設(shè)置。

(2) 針對區(qū)內(nèi)在地質(zhì)安全、資源支撐、生態(tài)保護(hù)、社會文化四方面的地質(zhì)需求，本次調(diào)查在大比例尺水工環(huán)調(diào)查基礎(chǔ)上設(shè)計了沙溪河兩岸工程地質(zhì)調(diào)查與評價、研究區(qū)巖溶地質(zhì)調(diào)查與巖溶塌陷防治評價、地下空間開發(fā)利用適應(yīng)性評價、地下水資源及應(yīng)急水源地的規(guī)劃、資源環(huán)境承載力綜合評價五個專題的調(diào)查內(nèi)容。這些調(diào)查內(nèi)容將在以后的城市建設(shè)與發(fā)展中產(chǎn)生明顯的經(jīng)濟(jì)效益、社會效益與環(huán)境效益。

(3) 調(diào)查研究內(nèi)容中，大比例尺水工環(huán)調(diào)查是基礎(chǔ)，沙溪河兩岸工程地質(zhì)調(diào)查與評價、研究區(qū)巖溶地質(zhì)調(diào)查與巖溶塌陷防治評價是重點，地下空間開發(fā)利用適應(yīng)性評價和地下水資源及應(yīng)急水源地的規(guī)劃是可持續(xù)發(fā)展的前提，資源環(huán)境承載力綜合評價是整個調(diào)查結(jié)果的最終體現(xiàn)。

致謝：審稿專家和編輯部老師提出了寶貴意見,中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)李長安教授對全文進(jìn)行了系統(tǒng)指導(dǎo)，福建省煤田地質(zhì)勘查院黃光明高級工程師提供了大量基礎(chǔ)資料，在此一并表示感謝！