趙舉興

(福建省煤田地質勘查院，福建 福州 350005)

城市地質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，綜合研究地質要素對城市發(fā)展的約束條件以及城市發(fā)展對各地質要素產生的影響，為城市規(guī)劃、建設和管理服務的地質工作[1]。

中國已開展的城市地質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)中國建設戰(zhàn)略的全面實施，城市地質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)工貿區(qū)”建設，以沙溪河兩岸的產業(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、南延、東連、西拓”的發(fā)展戰(zhàn)略目標。因此開展三明城市地質調查工作具有重要的理論與實踐意義。

1 自然地理與地質背景

三明市城市地質調查工作區(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)工貿區(qū)”范圍，面積3 682 km2，地理坐標為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)，其中重點調查區(qū)范圍為三明市、沙縣和永安城區(qū)及周圍產業(yè)園區(qū)，面積約600 km2(圖1)。

區(qū)內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)，構造的形態(tài)以斷裂為主。區(qū)內新構造運動的特征表現(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)內巖土成因條件及巖性特征，結合巖土體結構、巖石物理力學性質及工程地質特征，將區(qū)內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.堅硬層狀變質巖組;6.堅硬層狀碳酸鹽巖組;7.行政區(qū)劃界線;8.產業(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、永安市地質災害調查報告》。

2 地質環(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，各類巖石風化層較厚，加之地表水系發(fā)育、降水充沛，是水土流失的嚴重區(qū);此外,灰?guī)r和重晶石開采過程中產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。

除上述地質環(huán)境問題外，還有地質災害和山洪災害威脅著當?shù)鼐用竦纳敭a安全。地質災害類型主要有滑坡、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。上述類型的地質災害均屬突發(fā)性地質災害，具有點多、面廣、規(guī)模小、危害大的特點(表1)。

山洪災害主要發(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月多為臺風降水，短時降水量大且集中,因此每年3-9月經常發(fā)生山洪災害。區(qū)內山間溝谷發(fā)育，洪水對沙溪河及其支流兩岸的岸坡穩(wěn)定性產生了較大的影響，局部地段常出現(xiàn)護岸工程失穩(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)造成了較大的地質安全隱患。

3 城市地質工作現(xiàn)狀

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

3.1 新的地質需求

隨著城市化進程的推進，經濟社會發(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)劃建設和發(fā)展出現(xiàn)了新的、更高的地質需求。

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)”為重點建設經濟開發(fā)區(qū)，是三明市規(guī)劃及未來持續(xù)發(fā)展的基石，各產業(yè)園有相同的地質需求，如地質災害防治,也有根據(jù)自身發(fā)展所需的特殊地質需求(圖1，表2)?？傮w上可以歸納為地質安全需求、資源支撐需求、生態(tài)保護需求和社會文化需求四個方面。

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

地質安全需求方面：前文已論述三明市作為典型的山區(qū)城市，本來就是各種地質災害的易發(fā)頻發(fā)區(qū)，又由于規(guī)劃區(qū)內地質環(huán)境復雜，容易產生基坑邊坡失穩(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問題。工業(yè)區(qū)的選址與建設首先應考慮安全問題，這點從表2中也可以看出，解決、防治工業(yè)區(qū)的地質災害是最根本也是最重要的任務。除傳統(tǒng)的地質災害的調查與治理方面，還應加強地質安全服務系統(tǒng)的建設。目前規(guī)劃區(qū)面臨的問題主要有地質災害、土壤污染和地下水污染，對區(qū)內的地下水資源及地熱資源開發(fā)、地下空間開發(fā)等地質安全、城市規(guī)劃、項目布局、工程選址等均有地質安全方面的影響，完成地質安全服務系統(tǒng)建設,才能更好地保障城市地質環(huán)境安全，滿足城市規(guī)劃、建設、管理、減災防災的需要。

資源支撐需求方面：地下水、地熱、建筑材料、礦產以及自然旅游等實體資源是城市建設、發(fā)展的物質基礎，地下三維地質結構與地下空間資源信息是城市建設、發(fā)展的信息基礎，這些都是地質資源；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)劃都需要地質資料的支持。只有了解地質背景和條件，適應地質發(fā)展規(guī)律，規(guī)避地質風險，才能降低建設成本，使城市向著良性的方向發(fā)展；只有充分考慮地質因素和充分利用城市地質資源，才能保證城市的可持續(xù)發(fā)展。

生態(tài)保護需求方面：黨的十九大已經將生態(tài)文明建設提升至國家戰(zhàn)略層面,隨著三明城市化進程的不斷加快，經濟的高速發(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，人為活動對地質環(huán)境的影響已遠遠超過自然環(huán)境的影響[7]。由各類工程建設引起的地面沉降、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、水質惡化,如何從根本上解決這些問題，離不開地質工作的調查研究。

社會文化的需求方向：也是生態(tài)文明建設的一個延伸。山區(qū)城市中遺存有較多的地質遺跡，有其獨特的自然景觀、人文歷史。如區(qū)內的永安桃源洞、大湖鱗隱石林國家地質公園、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 三明市城市地質調查的主要內容

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

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

(1) 基于地質安全的調查研究：包括地質災害的研究、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)內地質災害(崩塌、滑坡、山洪泥石流、巖溶塌陷)對城市建設發(fā)展影響較大，特別是暴雨引起的山洪(稀性泥石流)災害,因此應加強地質災害對城市建設的影響研究，在對現(xiàn)狀分析、危害程度、形成條件和發(fā)生規(guī)律的基礎上分析演化過程及發(fā)展趨勢。此外，還應選擇典型構造帶和構造點，認真調查不同構造活動階段的動力學特征，進行構造—地貌—沉積—氣候演化的綜合對比研究，分析探討地質災害與城市建設彼此之間的耦合響應和因果關系，最大限度地控制因人類經濟建設活動造成地質災害而帶來的損失。

區(qū)內為數(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，又是三明市的經濟帶，因此沙溪河兩岸的地質安全尤為重要。設立沙溪河兩岸工程地質調查與評價專題，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特征及其工程建設適宜性作出科學評價。在實地調查過程中，還應加強理論研究，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)內巖溶地區(qū)對工業(yè)園選址、城市安全有重要影響，應設立巖溶地質調查與巖溶塌陷防治評價的專題。圈定出區(qū)內地表和地下的灰?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制,綜合分析討論區(qū)域巖溶形成機理及塌陷機制，提出巖溶塌陷地質災害防治規(guī)劃建議。

(2) 基于資源支撐的調查研究：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，設立地下空間開發(fā)利用適應性和地下水資源評價專題，用于查明各工程地質巖組的工程地質條件，分析不良工程地質層的發(fā)育深度及空間分布規(guī)律；用于進行工程地質條件評價和重點工作區(qū)三維地質結構模型的建立，更好地服務于地下空間的開發(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特征響應，構建三維含水層系統(tǒng)結構模型；通過數(shù)值模擬的方法評價應急水源地的天然補給資源量、允許開采量、應急開采量、地下水質量和地下水潛力等，提出應急供水建議，為城市安全供水保障提供科學依據(jù)。城市地質工作中的資源調查還應包括區(qū)內地質遺跡的調查，與旅游地質相結合，不僅可以研究地質遺跡成因特點，進行地學科普教育,還可以結合建設規(guī)劃提出針對性開發(fā)和保護的措施建議，服務地方。在此基礎上，應設計資源環(huán)境承載力綜合評價專題，確定地質資源、環(huán)境承載能力綜合評價對象，建立資源環(huán)境承載力評價指標體系與評價方法，開展資源環(huán)境承載力綜合評價，從地質資源環(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)保護與社會文化的調查研究：山區(qū)城市因其地質條件原因，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，風化土較厚,工程性能不一，由于可直接利用的建設用地較少，一般都需進行一定的挖填工程，對原始自然地貌改變較大，如處置不當，經常引起人為的地質災害。如何引導人為活動的合理性，涉及到基于社會文化的調查研究，這項內容應在每項專題中得到體現(xiàn)。調查中需要對當?shù)厝罕娫诘貙W科普、環(huán)保意識、土地合理利用等方面進行宣傳與講解，使其在環(huán)境方面的認識有所提高。

基于上述四個方面的調查內容,可以為三明地下空間開發(fā)、資源利用與地質災害防治、土地利用規(guī)劃等提供地質數(shù)據(jù)和科學決策依據(jù)，將在城市建設與發(fā)展中產生明顯的經濟效益、社會效益與環(huán)境效益。

5 結論

(1) 三明市作為典型的山區(qū)城市，其地貌特征、氣候特征及地質特征均有其特殊性，由此引起的地質災害、山洪災害及環(huán)境地質問題同樣區(qū)別于非山區(qū)城市。對其進行城市地質調查時一定要結合區(qū)內自身的特征，明確存在的地質需求和主要地質環(huán)境問題，才能進行研究內容的設置。

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

(3) 調查研究內容中，大比例尺水工環(huán)調查是基礎，沙溪河兩岸工程地質調查與評價、研究區(qū)巖溶地質調查與巖溶塌陷防治評價是重點，地下空間開發(fā)利用適應性評價和地下水資源及應急水源地的規(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查結果的最終體現(xiàn)。

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