城市零散地質(zhì)遺跡的特點及利用潛力
——以湖南長沙為例

魏博月 吳塹虹 項廣鑫張建新汪戰(zhàn)梁偉

（1.中南大學(xué)地球科學(xué)與信息物理學(xué)院，湖南 長沙 410083；2.中南大學(xué)有色金屬成礦預(yù)測與地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測教育部重點實驗室，湖南 長沙 410083；3.有色資源與地質(zhì)災(zāi)害探查湖南省重點實驗室，湖南 長沙 410083；4.湖南省國土資源規(guī)劃院，湖南 長沙 410083；5.長沙金霞經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)管理委員會，湖南 長沙 410083；6.寧夏地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，寧夏 銀川 750001）

0 引言

城市地質(zhì)調(diào)查正受到越來越多的重視，但城市中呈分散狀且小規(guī)模的地質(zhì)遺跡還未被列入城市地質(zhì)調(diào)查的范疇。該文在湖南省省會長沙市零散地質(zhì)遺跡調(diào)查的基礎(chǔ)上探討其特點，并進(jìn)行了可利用性分析。工作區(qū)位于湖南省東部偏北，長沙盆地西緣和湘江下游，東經(jīng)111°53′～114°15′，北緯27°51′～28°41′。結(jié)果顯示探討城市零散地質(zhì)遺跡的利用潛能并實現(xiàn)對其的利用，可拓展地質(zhì)成果的使用范疇，使其服務(wù)于多個社會領(lǐng)域（De Wever et al.，2017），實現(xiàn)地質(zhì)工作超前于城市經(jīng)濟(jì)、管理及規(guī)劃的設(shè)想（Wilson and Jackson，2014）。

1 城市零散地質(zhì)遺跡特點

地學(xué)界尚未明確定義“城市零散地質(zhì)遺跡”（許濤等，2011），該文認(rèn)為城市零散地質(zhì)遺跡是指位于城市內(nèi)、規(guī)模有限且零散狀分布的各種典型地質(zhì)現(xiàn)象，其與常規(guī)地質(zhì)遺跡（張成渝，2005）的差別主要為：（1）分布于城市區(qū)域內(nèi)；（2）規(guī)模較小并分散分布；（3）包括原地和非原地質(zhì)遺跡；（4）常與城市公園、人文景觀多有密切的空間關(guān)系。

由于目前人們對城市零散地質(zhì)遺跡的特點及利用潛能的認(rèn)可度極低，所以妨礙了對其的利用和保護(hù)，該文基于對長沙市城區(qū)的調(diào)查，認(rèn)為城市零散地質(zhì)遺跡可利用特點主要表現(xiàn)為以下6 個方面。

1.1 多樣性

不同城市地質(zhì)背景的差異及城市零散地質(zhì)遺跡分散分布的特點強(qiáng)化了其多樣性，也使其賦予城市不同的地質(zhì)特色（Citiroglu et al.，2017）。其多樣性可以借用多樣性、優(yōu)勢度及均勻度指數(shù)（傅伯杰，1994）進(jìn)行定量描述。

城市零散地質(zhì)遺跡多樣性指數(shù)（公式1）可用來表示地質(zhì)遺跡的復(fù)雜程度；地質(zhì)遺跡優(yōu)勢度指數(shù)（公式2）可表明各個空間中具有的地質(zhì)遺跡在數(shù)量上存在個別優(yōu)于其他的情況，即較大的地質(zhì)遺跡優(yōu)勢度表示指定區(qū)域內(nèi)中的一個空間內(nèi)的地質(zhì)遺跡在數(shù)量上占主導(dǎo)地位；地質(zhì)遺跡均勻度指數(shù)（公式3）可分為類型均勻度和空間均勻度指數(shù)；類型均勻度反映了區(qū)內(nèi)不同類型地質(zhì)遺跡的在數(shù)量上分布的均勻程度，該指數(shù)越接近1，均勻程度越大，說明各種類型的地質(zhì)遺跡所占比重相近。

其中H為多樣性指數(shù)，D為優(yōu)勢度指數(shù)，E為均勻度指數(shù)，Hmax為多樣性指數(shù)的最大值，公式（1、2、3）可計算地質(zhì)遺跡在類型上及空間上的多樣性、優(yōu)勢度和均勻度，當(dāng)計算類型上的指數(shù)時pi指第i種地質(zhì)遺跡的數(shù)量與區(qū)內(nèi)全部地質(zhì)遺跡數(shù)量之比，m為地質(zhì)遺跡類型總數(shù)；而計算空間上的指數(shù)時pi為第i類空間中的地質(zhì)遺跡數(shù)量在區(qū)域內(nèi)地質(zhì)遺跡總數(shù)中所占的比重，m為地質(zhì)遺跡空間分布。

以長沙市城區(qū)為例，根據(jù)初步調(diào)查結(jié)果（表1）和公式（1～3）計算可得：H類型=0.441，D類型=0.036，E類型=0.925；H空間=0.387，D空間=0.09，E空間=0.811說明區(qū)內(nèi)零散地質(zhì)遺跡在類型分布和空間分布上都具較高的多樣性，其在空間上的優(yōu)勢度更高一些，說明某一區(qū)域內(nèi)的地質(zhì)遺跡在數(shù)量上占主導(dǎo)地位，多于其他區(qū)內(nèi)的地質(zhì)遺跡數(shù)。而在類型上具有更高的均勻度指數(shù)，即地質(zhì)遺跡在每種類型上分布的數(shù)量較為相似。

表1 長沙市部分城區(qū)零散地質(zhì)遺跡出露數(shù)

1.2 原地性與非原地性

城市零散地質(zhì)遺跡溯源其地域可分為原地及非原地2 種，其中一些保留原始產(chǎn)出狀態(tài)的地質(zhì)遺跡被稱為原地型，還存在一些非原地型地質(zhì)遺跡（多為根據(jù)城市規(guī)劃和建筑設(shè)計從城市以外地區(qū)運移至城市內(nèi)作為石材、景觀的各類巖石），雖然其地質(zhì)意義不如原地地質(zhì)遺跡，但因其多具較強(qiáng)的觀賞性、豐富性和普遍性，所以對其進(jìn)行溯源分析可有效吸引市民、游客，如英格蘭地質(zhì)學(xué)家建立了10～20 世紀(jì)32 座教堂所用石材的巖石信息表（包括其名稱、特征、成因及產(chǎn)地等），對每座教堂的建筑石材進(jìn)行溯源分析，向市民提供其源地的地質(zhì)、地貌特征，石材采集和運輸方式及其隨時代而演變的信息，這極大地提高了非原地地質(zhì)遺跡的科普價值及市民對地質(zhì)科普的關(guān)注度（Bone，2016）。城市中的非原地地質(zhì)遺跡多分布于人流集中的公園、大型建筑等地，將其納入地質(zhì)遺跡范疇可提高城市零散地質(zhì)遺跡的豐富度、多樣性及受眾量，具有很大的利用潛力。

1)在提供字幕的前提下，也要盡力為聽障學(xué)生提供更多視覺刺激，提供更多的情感信息，更好地促進(jìn)聽障學(xué)生理解視頻內(nèi)容。另外，字幕應(yīng)該突出顯示，并且最好以短句或者提示語的形式展現(xiàn)，方便聽障學(xué)生的理解。

1.3 地質(zhì)意義豐富

從城市原地型零散地質(zhì)遺跡中可以挖掘地質(zhì)演化、物理化學(xué)環(huán)境變化及其對城市地形地貌景觀影響的信息（Reis et al.，2014），而非原地的零散地質(zhì)遺跡中同樣可挖掘出其所蘊含的礦物學(xué)、巖石學(xué)、形成環(huán)境、原產(chǎn)地溯源等可利用的信息。

如長沙市桃花嶺公園游覽棧道旁的斷層崖（圖1a），突兀出地表約7 m，出露寬度約2 m，兩盤為新元古界中粒石英砂巖和泥盆系粉砂巖，斷層崖為硅化砂巖，發(fā)育雁列石英細(xì)脈。通過了解該區(qū)的地質(zhì)演化史，可知在距今約8 億～10 億年的新元古代，桃花嶺公園為近岸海環(huán)境，距今約4 億～6 億年的震旦紀(jì)—志留紀(jì)由海變?yōu)殛懙?，之后又變?yōu)闇\海，直到距今約2 億年變?yōu)殛懙?，在此過程中巖石受應(yīng)力作用發(fā)生斷裂、破碎，富硅流體進(jìn)入破碎帶后沉淀出二氧化硅，在斷裂中發(fā)育石英脈和硅化，使斷層巖較兩盤砂巖更耐風(fēng)化，經(jīng)過約1 億年的風(fēng)化后，富硅的斷層巖變成突兀于地表的陡崖，顯然該遺跡在一方面可為長沙市的地質(zhì)演化提供科學(xué)證據(jù)，同時其漫長且翻天覆地的變化信息足以引起市民對地學(xué)知識的興趣。

非原地的零散地質(zhì)遺跡同樣蘊含豐富的地質(zhì)信息，如長沙市公園、人文景觀、建筑、道路的“麻石”石材均為花崗巖（圖1b），它們都來自長沙市城區(qū)以北不到20 km 的丁字鎮(zhèn)望湘花崗巖體，其巖性為細(xì)-中粒黑云母二長花崗巖和中粒二云母花崗巖，巖體形成于1.56 Ma（鋯石U-Pb 年齡），主要礦物有鉀長石、斜長石、石英、黑云母及白云母。在距今約1.5 億年前長沙地下發(fā)生了大規(guī)模的灼熱巖漿涌動，隨后巖漿冷卻形成巖體，距今約1.2 億～0.8 億年長沙地區(qū)地殼抬升并遭受強(qiáng)烈剝蝕，地下深處的花崗巖出露于地表，這種對非原地花崗巖的溯源分析，同樣可為人們提供長沙市地質(zhì)演化的信息并吸引市民更多地關(guān)注地學(xué)知識（彭和求等，2004）。

1.4 更好的可接觸性

雖然受城市發(fā)展控制，城市零散地質(zhì)遺跡多表現(xiàn)為碎片化、小規(guī)模且分布不均勻等特點（Borghi et al.，2014），但它們常分布于道路旁，這使其具有良好的可接觸性，市民對這些遺跡可進(jìn)行近距離觀察或觸摸。如第四系湘江古河床沉積物遺跡就位于長沙市坪塘大道旁（圖1c），城市中大量的景觀石及建筑石材等非原地地質(zhì)遺跡也都處于市民易接觸的區(qū)域。

1.5 與人文景觀空間關(guān)系緊密

城市的零散地質(zhì)遺跡常與人文景觀同處一地，二者構(gòu)成空間耦合關(guān)系（Goemaere et al.，2016），可看作相容的整體（Pica et al.，2016），但其地質(zhì)遺跡的部分卻未能得到人們足夠的關(guān)注。如長沙市白沙古井公園是以地下水出露遺跡為基礎(chǔ)建設(shè)而成的，自明代以來取水的市民絡(luò)繹不絕，公園大門及碑林均刻有許多歷史上及近現(xiàn)代名人贊譽(yù)白沙井的詩詞，具有很強(qiáng)的文化氣息，但目前并無對其地下水類型、成因及井階、護(hù)欄石材的介紹。對于人文景觀地質(zhì)意義的挖掘（Giordano et al.，2016），可強(qiáng)化人文景觀自然與文化的雙重屬性（Del Lama et al.，2015），提高人文景觀的觀賞性和科普性。

1.6 受眾多

因為城市人口多、道路密度大，零散地質(zhì)遺跡多分布于公園、人文景觀點、居住小區(qū)、校園等，這使市民日常行動軌跡與零散地質(zhì)遺跡位置的空間交集具有高重復(fù)率，因此城市零散地質(zhì)遺跡較地質(zhì)公園有更多的受眾。如2017 年長沙市市區(qū)常住人口為764.52 萬人，2016 年流動人口為166.82 萬人，如按10%人次與零散地質(zhì)遺跡的接觸率估算，每年可有約80 萬人接觸1 處以上的零散地質(zhì)遺跡，按全年365 d 中200 d 出行計算，則其與1 處零散地質(zhì)遺跡重復(fù)相遇的次數(shù)可達(dá)1.6 億次。因此，受眾多的特點是拓展其利用空間的重要基礎(chǔ)之一。

2 城市零散性地質(zhì)遺跡的利用潛力

地質(zhì)公園是目前進(jìn)行地質(zhì)遺跡保護(hù)和利用的最為普遍和有效的方式（陳安澤，2016），但是由于城市用地規(guī)模日漸增加的發(fā)展趨勢及城市零散地質(zhì)遺跡分散、微小的特點，無法采用建立地質(zhì)公園的方式進(jìn)行城市零散地質(zhì)遺跡的保護(hù)和利用?；诔鞘辛闵⒌刭|(zhì)遺跡的特點可充分認(rèn)識其在科學(xué)、教育、文化、經(jīng)濟(jì)方面的潛在價值和可利用性，可為實踐地質(zhì)成果服務(wù)于城市、豐富城市特色、滿足市民更高層次需求提供基礎(chǔ)依據(jù)，同時實現(xiàn)對城市地質(zhì)遺跡的保護(hù)（Németh and Moufti，2017）。

圖1 長沙零散地質(zhì)遺跡示例

2.1 利用城市零散地質(zhì)遺跡串聯(lián)城市景點

類比于墨西哥，長沙市岳麓山公園與大王山旅游區(qū)間直線距離為8 km，其間分布有第四系到元古宇，發(fā)育有不整合接觸關(guān)系、古湘江階地、江底地貌、河漫灘及二元結(jié)構(gòu)、波痕、泥裂、地下水等零散地質(zhì)遺跡。這些地質(zhì)遺跡可以向市民講述長沙市8 億年前到現(xiàn)今的海陸變化，5 Ma 年前古湘江底的卵石源自距今約3 億年的石英砂巖，古湘江水流速度是現(xiàn)有流速的數(shù)倍等信息，并通過其將岳麓公園與大王山旅游區(qū)進(jìn)行有機(jī)連接，有效擴(kuò)展市民游覽點（Borghi et al.，2014）。

2.2 豐富城市景點內(nèi)涵

城市零散地質(zhì)遺跡與人文景觀的空間共存性及地質(zhì)遺跡的地學(xué)意義可豐富城市人文景觀內(nèi)涵，增加其觀賞性以及地質(zhì)遺跡影響力（Hose，2012）。在對埃塞俄比亞拉利貝拉市的世界遺產(chǎn)—石窟教堂群中地質(zhì)遺跡的地質(zhì)意義挖掘前，人們對石窟教堂群的認(rèn)識僅限于4 萬人花24 a 建成，地質(zhì)學(xué)的研究表明教堂建成于漸新世—中新世（距今約30～7 Ma）的流紋巖和玄武巖中，水平層狀的火山巖層為教堂提供了穩(wěn)定的基礎(chǔ)，火山巖的不連續(xù)性及分布格局是教堂規(guī)模、樣式、位置及布局的依據(jù)，利用巖體的蝕溝作為教堂排水系統(tǒng)，利用整體性好、強(qiáng)度高的巖體作為教堂主體，巖性差異界面、冷縮節(jié)理等構(gòu)造軟弱面成為教堂各房間的分割界線，教堂鑿建過程中自發(fā)地將地質(zhì)與建筑文化相結(jié)合以獲得最佳效果的信息極大豐富了該景點的內(nèi)涵（Asrat and Ayallew，2011）。在長沙市岳麓山清風(fēng)峽的泥盆紀(jì)地層中的洞穴為抗日第九戰(zhàn)區(qū)司令部指揮部舊址，該景點出露的紫紅色細(xì)砂巖、褶皺地質(zhì)遺跡等可豐富景點的自然性內(nèi)涵，向市民提供一些地學(xué)信息，如約3 億年前，在海洋中沉積的砂粒，經(jīng)壓實、脫水形成堅硬砂巖，在地球內(nèi)部應(yīng)力作用下發(fā)生彎曲，又經(jīng)歷了地殼抬升和風(fēng)化剝蝕后而露出地表。

基于城市零散地質(zhì)遺跡多與人文景觀空間耦合的特點，挖掘其所蘊含的自然信息，可以顯著豐富人文景觀的自然內(nèi)涵，增加市民對景點的觀賞時長，為引入市場機(jī)制實現(xiàn)對零散地質(zhì)遺跡進(jìn)行利用和保護(hù)提供了潛在的可能（陳玉，2011）。

2.3 城市零散地質(zhì)遺跡的利用對新技術(shù)的承載

城市零散地質(zhì)遺跡有受眾多的特點使其可承載互聯(lián)網(wǎng)、虛擬現(xiàn)實、移動等高新技術(shù)，并通過挖掘其地學(xué)意義使其與娛樂休閑相結(jié)合，使新技術(shù)應(yīng)用產(chǎn)生直接的經(jīng)濟(jì)效益（Del Lama et al.，2015），如虛擬旅游平臺的開發(fā)（Guedes Lopes and Correa，2017）就是很好的實例，西班牙Quilamas Natural Park 的虛擬地質(zhì)旅游系統(tǒng)就是基于移動終端，通過對照片、圖件、文字、音、視頻的展示介紹地質(zhì)遺跡的特點及成因（圖2）（Martínez Gra?a et al.，2013）。

顯然城市零散地質(zhì)遺跡的利用可有效承載新技術(shù)，除了虛擬系統(tǒng)外，利用新技術(shù)開拓城市地質(zhì)遺跡與人文歷史結(jié)合的電子游戲等產(chǎn)品可以增加城市景點、地質(zhì)遺跡對游客的吸引力，并為市場機(jī)制進(jìn)入地質(zhì)遺跡的保護(hù)和利用提供有效途徑。

2.4 城市零散地質(zhì)遺跡利用途徑拓展

地質(zhì)遺跡的利用重點在于地質(zhì)旅游及地學(xué)教育（李如友，2012），而將其與文化、媒體、園林要素等相結(jié)合，從而探索對其經(jīng)濟(jì)價值的拓展并未引起足夠重視（Reynard and Giusti，2018）。

圖2 西班牙Quilamas Natural Park 虛擬地質(zhì)旅游系統(tǒng)（據(jù)Martínez Gra?a et al.，2013）

城市零散地質(zhì)遺跡所承載的冗長歷史、地質(zhì)事件的演化等一系列超出常人想象的信息和極大的受眾群體是其拓展利用的基礎(chǔ)。基于城市零散地質(zhì)遺跡的科學(xué)意義形成具有故事梗概的電子游戲的開發(fā)、地質(zhì)遺跡紀(jì)念品等文創(chuàng)產(chǎn)品的設(shè)計可將其利用拓展至娛樂和旅游領(lǐng)域；城市零散地質(zhì)遺跡解說指示板的設(shè)計、設(shè)立及解說手冊可將其利用拓展至廣告領(lǐng)域；零散地質(zhì)遺跡意義的挖掘、解說詞編寫、印刷、導(dǎo)游人員的培訓(xùn)以及在意大利實現(xiàn)將地質(zhì)遺跡虛擬多媒體產(chǎn)品配置于中學(xué)（Magagna et al.，2013）的實例顯示其利用可深入融于教育和出版領(lǐng)域；基于城市零散地質(zhì)遺跡形態(tài)特征及成因意義與周邊環(huán)境融合協(xié)調(diào)的景觀設(shè)計與建設(shè)也可將其利用拓展至城市規(guī)劃領(lǐng)域。

這些地學(xué)與其它行業(yè)有效融合的探索性認(rèn)識和實踐充分表明有效拓展地質(zhì)工作為社會服務(wù)的新領(lǐng)域（Minvielle and Hermelin，2011）可直接或間接產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益，并實現(xiàn)對其的有效保護(hù)。

2.5 豐富城市地質(zhì)工作

豐富城市地質(zhì)調(diào)查內(nèi)容也是城市零散地質(zhì)遺跡利用的另一途徑。

按城市地質(zhì)調(diào)查總體方案（2017—2025 年）要求，中國將在2025 年前完成338 個地級以上城市的1 ∶5 萬基礎(chǔ)性綜合地質(zhì)調(diào)查①，由于1 ∶5 萬比例尺的限制②，多數(shù)規(guī)模過小的城市零散地質(zhì)遺跡不能納入被調(diào)查對象（Booth and Brayson，2011）；目前城市零散地質(zhì)遺跡的確認(rèn)、保護(hù)及利用機(jī)制基本仍為空白，隨著城市發(fā)展已出露和新揭露的零散地質(zhì)遺跡遭到破壞的可能性都在增加（Abdelmaksoud et al.，2018）。

對城市零散地質(zhì)遺跡可利用性的認(rèn)識啟示我們需要拓展城市地質(zhì)工作，如：（1）在城市地質(zhì)調(diào)查中加強(qiáng)對零散地質(zhì)遺跡的調(diào)查和評價，或開展專題調(diào)查；（2）開展城市零散地質(zhì)遺跡的有效利用及示范，與市場結(jié)合拓展地質(zhì)遺跡利用產(chǎn)業(yè)鏈；（3）建立開展城市零散地質(zhì)遺跡的識別、確認(rèn)、評價、地質(zhì)意義及利用途徑的挖掘的管理機(jī)制；（4）借鑒西方國家的地質(zhì)遺跡的授權(quán)及許可制（Shafer，2014），認(rèn)識和評價零散地質(zhì)遺跡可能給土地帶來的附加值，將其融入城市土地利用規(guī)劃，建立相應(yīng)的管理政策及規(guī)范（Badang et al.，2017）也是值得討論的城市地質(zhì)工作的新內(nèi)容。

3 結(jié)論

城市零散地質(zhì)遺跡的特點及可利用潛力的分析結(jié)果表明對其的利用具有滿足社會需求、拓展地質(zhì)工作服務(wù)領(lǐng)域、帶來城市社會、經(jīng)濟(jì)效益的積極意義，應(yīng)引起地質(zhì)工作者及政府管理者的重視。

（1）城市零散地質(zhì)遺跡具有豐富城市特色、增加城市景觀內(nèi)涵、提高市民科學(xué)素養(yǎng)、形成直接經(jīng)濟(jì)效益的可利用潛力。

（2）面向市民需求，結(jié)合現(xiàn)代技術(shù)開展城市零散地質(zhì)遺跡的利用，可有效拓展地質(zhì)工作的領(lǐng)域并促進(jìn)地質(zhì)工作及與其它領(lǐng)域的融合，實踐地質(zhì)成果更好地服務(wù)于城市。

（3）建立城市零散地質(zhì)遺跡的發(fā)現(xiàn)、利用示范的管理機(jī)制是城市地質(zhì)管理工作值得探討的新內(nèi)容。

注釋

①國土資源部中國地質(zhì)調(diào)查局.2017.城市地質(zhì)調(diào)查總體方案，（2017-2025 年）［R］.

② 中華人民共和國國土資源部.DZ/T 0303-2017.2017.地質(zhì)遺跡調(diào)查規(guī)范［R］.