郭培國，戴志強(qiáng)，聶道忠，李海龍

(湖北地礦建設(shè)工程承包集團(tuán)有限公司，湖北武漢 430070)

0 引言

城市是區(qū)域經(jīng)濟(jì)、文化、政治的中心，城市發(fā)展將帶動區(qū)域經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高。隨著中國城市化的快速發(fā)展，因工程原因?qū)е碌刭|(zhì)環(huán)境的改變?nèi)找嬖龃?，造成城市地質(zhì)環(huán)境加速惡化，環(huán)境地質(zhì)問題頻繁發(fā)生，尤其城市地質(zhì)災(zāi)害已呈現(xiàn)出多發(fā)趨勢，對人民生命和財(cái)產(chǎn)安全構(gòu)成極大威脅，嚴(yán)重制約了城市的發(fā)展步伐。為了適應(yīng)城市化發(fā)展的步伐，提高城市發(fā)展的質(zhì)量，開展城市地質(zhì)學(xué)研究顯得尤為重要。

1 城市地質(zhì)學(xué)的概念

城市地質(zhì)學(xué)不是一門獨(dú)立的學(xué)科，對城市地質(zhì)學(xué)的認(rèn)識目前仍在研究和探索之中。有的學(xué)者認(rèn)為屬于傳統(tǒng)地質(zhì)學(xué)的范疇，有的認(rèn)為它是工程地質(zhì)學(xué)的分支，也有人認(rèn)為它是環(huán)境地質(zhì)學(xué)的分支。

“城市地質(zhì)學(xué)”這一概念最早是由R.F.Iegget提出的，是一門關(guān)于在城市及周邊地區(qū)或潛在城市化地區(qū)的特定空間范圍內(nèi)，綜合考慮各種地質(zhì)要素，研究這些要素為城市發(fā)展所提供的資源、施加的約束條件和城市發(fā)展對各種地質(zhì)要素所產(chǎn)生的影響，為城市規(guī)劃、建設(shè)和管理服務(wù)的學(xué)科［1］。

隨著科技與社會的進(jìn)步，城市地質(zhì)學(xué)的概念不斷在變化和拓展。城市地質(zhì)學(xué)的核心部分仍是地質(zhì)學(xué)，其他部分均為地質(zhì)學(xué)的延伸或互相滲透，其內(nèi)容可以延伸為城市地質(zhì)結(jié)構(gòu)與地質(zhì)填圖、城市資源結(jié)構(gòu)、城市經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)、城市緩變性地質(zhì)災(zāi)害、城市突變性地質(zhì)災(zāi)害、城市遙感地質(zhì)等［2］。

2 城市地質(zhì)研究內(nèi)容

一般認(rèn)為，城市地質(zhì)學(xué)研究的具體任務(wù)包括以下幾個主要方面:

(1)為城市規(guī)劃建設(shè)進(jìn)行區(qū)域地質(zhì)、區(qū)域工程地質(zhì)和水文地質(zhì)等綜合調(diào)查研究，進(jìn)行地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量的評價(jià)和地質(zhì)環(huán)境區(qū)劃。

(2)研究和評價(jià)城市各類大型工程建筑(如核電站、機(jī)場、碼頭、港口、大型橋梁、隧道、地下鐵路等)、高層建筑群布設(shè)區(qū)和建筑場地的地基穩(wěn)定性與安全性。

(3)研究各種自然的和由于城市工程建設(shè)與經(jīng)濟(jì)活動引起的地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)象(如地震、火山、斷裂錯動、地面侵蝕、沉降或隆起、塌陷、崩塌、滑坡、泥石流、巖土體蠕動、海岸、湖岸或河岸變遷、洪水、海嘯、天然氣溢出、土地沼澤化或鹽漬化等)的分布規(guī)律和成因、監(jiān)測和預(yù)報(bào)可能造成不良影響或?yàn)?zāi)害的各種地質(zhì)作用和現(xiàn)象的發(fā)展趨勢，評價(jià)其可能對城市及其設(shè)施的危害程度，提出控制和防治的措施。

(4)對城市水資源(尤其是地下水資源)的質(zhì)與量進(jìn)行調(diào)查、評價(jià)和動態(tài)預(yù)測，對水資源進(jìn)行合理開發(fā)、保護(hù)和管理。

(5)調(diào)查確定城市地區(qū)各種礦產(chǎn)資源，特別是天然建材資源(如水泥用灰?guī)r、優(yōu)質(zhì)粘土、石英砂、卵礫石、花崗巖、大理巖等)和能源(煤、石油、天然氣、地?zé)岬?的分布狀況，評價(jià)各種資源的數(shù)量、質(zhì)量及開發(fā)利用條件，分析資源的利用現(xiàn)狀與潛力，確定城市所需地質(zhì)資源從外部調(diào)入的合理流向，預(yù)測資源開發(fā)可能帶來的環(huán)境問題。

(6)地質(zhì)旅游資源(如溶洞、瀑布、名泉、奇峰、異石等)開發(fā)利用的調(diào)查評價(jià)，調(diào)查研究典型地貌景觀、地質(zhì)遺跡的分布、形成過程、開發(fā)前景，對地質(zhì)旅游資源進(jìn)行成因分析和科學(xué)解說，促進(jìn)地學(xué)知識普及和地質(zhì)旅游業(yè)的發(fā)展。

(7)進(jìn)行城市水、土、巖石地球化學(xué)背景值和污染程度、污染源的調(diào)查和監(jiān)測，研究原生地球化學(xué)場和次生環(huán)境與人體生理和疾病的關(guān)系。

(8)選擇城市廢物、垃圾的排放場地，監(jiān)測廢物排放場地對周圍環(huán)境的影響，提出對城市廢物進(jìn)行地質(zhì)處理的方法和措施。

(9)城郊農(nóng)業(yè)地質(zhì)調(diào)查和土地規(guī)劃設(shè)計(jì)，研究開發(fā)或改良各種適宜地質(zhì)環(huán)境的農(nóng)作物，研究農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動對地質(zhì)環(huán)境產(chǎn)生的影響及對策，評價(jià)區(qū)域農(nóng)業(yè)生態(tài)地質(zhì)條件，揭示各種名、特、優(yōu)農(nóng)林生物產(chǎn)品的最佳生態(tài)地質(zhì)環(huán)境，以及為發(fā)展區(qū)域農(nóng)林產(chǎn)品，對地球表生帶進(jìn)行最佳改造和利用。

(10)編制各類地質(zhì)資源的分布圖、開發(fā)適應(yīng)性評價(jià)圖、地質(zhì)資源利用現(xiàn)狀圖及規(guī)劃圖、各地質(zhì)環(huán)境要素的質(zhì)量評價(jià)圖、脆弱性評價(jià)圖和地質(zhì)環(huán)境保護(hù)分區(qū)圖等相關(guān)圖件。

(11)利用現(xiàn)代信息技術(shù)與手段，建設(shè)城市地質(zhì)空間數(shù)據(jù)庫和地理信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)城市地質(zhì)數(shù)字化、信息三維可視化，及時滿足城市建設(shè)和發(fā)展對地學(xué)信息的需求。

由上可見，城市地質(zhì)學(xué)研究的范圍十分廣泛，已不僅僅限于環(huán)境地質(zhì)學(xué)的研究內(nèi)容，實(shí)際上包括:①城市工程地質(zhì)和城市環(huán)境工程地質(zhì)研究;②城市水文地質(zhì)和城市環(huán)境水文地質(zhì)研究;③城市環(huán)境地球化學(xué)研究;④城市資源(礦產(chǎn)、建材、能源、景觀等)地質(zhì)研究。

3 國內(nèi)外城市地質(zhì)的發(fā)展現(xiàn)狀

城市地質(zhì)工作是新世紀(jì)地質(zhì)工作的重要發(fā)展方向。目前世界各地正積極開展城市地質(zhì)工作，其主要目的就是解決好城市地質(zhì)對城市可持續(xù)發(fā)展的影響。中國正處于城市化快速發(fā)展階段，現(xiàn)有的城市地質(zhì)工作明顯滯后于城市發(fā)展需要，相關(guān)的專業(yè)人士需要相互協(xié)作，共同研究，為中國城市可持續(xù)發(fā)展提供豐富的專業(yè)指導(dǎo)。

3.1 國外城市地質(zhì)研究的現(xiàn)狀

國外城市地質(zhì)工作始于上世紀(jì)初，最早起源于加拿大，該國皇家協(xié)會發(fā)表過關(guān)于地質(zhì)對城市中心的意義和重要性認(rèn)識的論文。

上世紀(jì)20年代末期，德國率先出版了用于城市規(guī)劃的特殊土壤圖系，用以支持城市規(guī)劃;二次大戰(zhàn)后，德國、捷克、斯洛伐克和荷蘭等國家，實(shí)施了系統(tǒng)的地質(zhì)填圖，以指導(dǎo)城市規(guī)劃和建設(shè)。

上世紀(jì)六七十年代，是城市地質(zhì)成果服務(wù)領(lǐng)域空前擴(kuò)大時期。隨著工業(yè)不斷發(fā)展，處理城市廢物造成的污染成為城市地質(zhì)工作的重點(diǎn)，應(yīng)用地球化學(xué)解決廢物污染問題迅速成為一種發(fā)展趨勢，德國首先繪制出描述土壤潛力與限制的“地質(zhì)潛力圖”，供城市規(guī)劃者參考。多哥、印度尼西亞等國也采用了這套圖件的編圖方法。美國許多城市也出版了類似的城市地質(zhì)圖。

上世紀(jì)70年代，西班牙許多城市開展了用于城市規(guī)劃的1∶2.5萬的巖土填圖工作。荷蘭開展了土地復(fù)墾對地面沉降的研究。這一時期用于獲取和處理的地質(zhì)、地理、地形和水資源數(shù)字化信息系統(tǒng)相繼建立，加拿大啟動了旨在開發(fā)能夠?qū)Φ厍蚩茖W(xué)信息進(jìn)行編輯、處理和顯示的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了城市中心地區(qū)的有序和高效發(fā)展。

上世紀(jì)80年代，國外城市地質(zhì)工作的典型特征是電子自動化帶動了全新的地質(zhì)填圖工作，城市地質(zhì)重點(diǎn)轉(zhuǎn)向更加重視地質(zhì)環(huán)境及相關(guān)資源的保護(hù);1987年－1989年美、意、荷、德、英等國家相繼出版了1∶1萬、1∶100萬不同比例尺地下水脆弱性圖，為識別地下水污染難易程度和制定地下水保護(hù)政策提供了依據(jù)。

上世紀(jì)90年代初期英國地質(zhì)調(diào)查局啟動了“倫敦計(jì)算機(jī)化地下與地表項(xiàng)目”，該項(xiàng)目的目標(biāo)是生產(chǎn)用于土地利用規(guī)劃、土木工程建設(shè)以及解決地質(zhì)和環(huán)境問題的各種主題圖件。與此同時加拿大地質(zhì)調(diào)查局刷新了首都地區(qū)的地球科學(xué)數(shù)據(jù)庫，通過GIS系統(tǒng)完成了各類地圖數(shù)字化。城市環(huán)境地質(zhì)工作也轉(zhuǎn)向重視城市經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的綜合研究，重視地質(zhì)指標(biāo)體系的研究，重視城市環(huán)境地質(zhì)工作超前服務(wù)戰(zhàn)略的研究。強(qiáng)調(diào)多科學(xué)、多種方法配合，尤其注重利用GIS、RS、GPS技術(shù)進(jìn)行環(huán)境地質(zhì)調(diào)查、地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測，建立GIS平臺的地學(xué)信息空間數(shù)據(jù)庫和自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估決策系統(tǒng)等，較好地實(shí)現(xiàn)了城市環(huán)境地質(zhì)快速響應(yīng)城市發(fā)展的需求。

東南亞和太平洋地區(qū)從上世紀(jì)80年代中期開始城市地質(zhì)的研究工作。目前已出版了11卷城市地質(zhì)文集，主要介紹了中國、孟加拉、斐濟(jì)、印度尼西亞、馬來西亞、尼泊爾、巴基斯坦、菲律賓、朝鮮、斯里蘭卡、泰國、越南等國家特定城市的地質(zhì)研究和現(xiàn)狀報(bào)告，非洲只有多哥開展過城市地質(zhì)工作。

2000年，英國地質(zhì)調(diào)查局啟動了“城市地球科學(xué)研究”項(xiàng)目，旨在為城市發(fā)展提供綜合的地質(zhì)信息。該項(xiàng)目劃分為地表礦床特征、三維巖體特征和信息系統(tǒng)研發(fā)3類6個主題研究子項(xiàng)目。2003年，Quaternary International編輯部出版了《新西蘭和澳大利亞東部城市與第四紀(jì)地質(zhì)》以及《The shaping of Sydney by its urban geology》。報(bào)告論述了這些地區(qū)城市的地質(zhì)條件和面臨的問題，闡述了城市地質(zhì)如何融入到城市規(guī)劃、土地利用、防災(zāi)減災(zāi)中，指出城市空間布局和發(fā)展戰(zhàn)略要適應(yīng)地質(zhì)資源和地質(zhì)環(huán)境條件［3］。

2008年8月第33屆國際地質(zhì)大會在挪威奧斯陸召開，大會的主題是“地球系統(tǒng)科學(xué)——可持續(xù)發(fā)展的基石”。此次大會關(guān)于城市地質(zhì)的內(nèi)容也很多，其中國外城市地質(zhì)成果介紹中最具代表性的為挪威國家地質(zhì)調(diào)查局在奧斯陸地區(qū)開展城市地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目，項(xiàng)目主要研究內(nèi)容有10個方面:氡災(zāi)害、地面沉降、城市土壤污染、地?zé)帷⑸暗V資源、地下水、礦產(chǎn)地質(zhì)、基底穩(wěn)定性與監(jiān)測、地質(zhì)教育等。

3.2 中國國內(nèi)城市地質(zhì)研究的現(xiàn)狀

中國的城市地質(zhì)工作是從20世紀(jì)50年代的找水、供水開始的。六七十年代，在全國開展了水文地質(zhì)普查，工作內(nèi)容主要是查明地下水的形成條件和分布規(guī)律，掌握地下水的補(bǔ)、徑、排條件和水文地球化學(xué)特征，進(jìn)行地下水資源評價(jià)。70年代末—80年代，中國城市地質(zhì)工作獲得了空前發(fā)展。以城市為中心的水工環(huán)綜合調(diào)查研究全面展開，工作區(qū)域從單個城市到國土綜合開發(fā)區(qū)、大江大河流域。80年代后期對秦皇島、南通、寧波、湛江和閩南金三角經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)進(jìn)行了環(huán)境地質(zhì)研究攻關(guān)，內(nèi)容包括區(qū)域地殼穩(wěn)定性、軟土地基、江海岸穩(wěn)定性、地下水資源、地下水污染、地面沉降等。90年代以來，隨著可持續(xù)發(fā)展理論的深入和計(jì)算機(jī)的廣泛使用，中國城市地質(zhì)工作越來越多地考慮社會、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境等因素，地下水資源研究從地下水資源評價(jià)提高到建立城市地下水資源管理模型。圍繞地下水資源可持續(xù)利用、地面沉降、城市垃圾的處置等主題開展了首都地區(qū)、長江三角洲地區(qū)、環(huán)渤海經(jīng)濟(jì)區(qū)的地下水資源和環(huán)境地質(zhì)調(diào)查評價(jià);圍繞土壤環(huán)境質(zhì)量、農(nóng)產(chǎn)品安全開展了珠江三角洲、江漢平原、成都平原、長春經(jīng)濟(jì)區(qū)、浙江省生態(tài)地球化學(xué)調(diào)查。應(yīng)用“3S”技術(shù)進(jìn)行基礎(chǔ)地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)調(diào)查，建立GIS平臺上的地質(zhì)信息空間數(shù)據(jù)庫和信息系統(tǒng)，也已經(jīng)成為新一輪國土資源調(diào)查城市地質(zhì)新的主流工作模式［4］。

近年來，在中國地質(zhì)調(diào)查局的推動下，城市地質(zhì)調(diào)查方法、城市地質(zhì)立體填圖技術(shù)等方面的研究逐漸興起。2002年秋在南京召開的“東部城市集中區(qū)立體填圖試點(diǎn)工作研討會”、2004年召開的城市地質(zhì)工作會議和2005年12月在上海召開的“城市地質(zhì)研討會”都對這些方面進(jìn)行了討論。計(jì)算機(jī)技術(shù)在地質(zhì)調(diào)查、地質(zhì)填圖方面的應(yīng)用越來越廣泛，越來越深入，三維地質(zhì)建模技術(shù)成為研究的熱門領(lǐng)域。隨著城市地下空間開發(fā)的興起，城市工程地質(zhì)環(huán)境問題越來越受到關(guān)注。2006年初舉辦了“城市地質(zhì)環(huán)境與工程”學(xué)術(shù)論壇，與會者討論了城市工程建設(shè)中遇到的地質(zhì)環(huán)境問題，如邊坡穩(wěn)定性、建筑地基安全、地下工程施工中的塌陷和突水問題等。2012年10月在上海召開的“城市地質(zhì)國際學(xué)術(shù)研討會”，會議從城市地質(zhì)理論，城市地質(zhì)調(diào)查技術(shù)方法，城市地質(zhì)成果與應(yīng)用，城市地質(zhì)信息系統(tǒng)與社會化服務(wù)等方面進(jìn)行了探討和研究。

當(dāng)前中國正處于城鎮(zhèn)化發(fā)展的高峰期，城市建設(shè)引發(fā)的地質(zhì)環(huán)境問題越來越嚴(yán)重，迫切需要開展地質(zhì)環(huán)境承載力方面的研究，為制定合理的城市發(fā)展規(guī)劃和健全城鎮(zhèn)化政策提供科學(xué)依據(jù)。

4 城市地質(zhì)的發(fā)展未來

目前，中國城鎮(zhèn)化已經(jīng)受到地質(zhì)資源和地質(zhì)環(huán)境的制約。越來越多的城市地質(zhì)資源枯竭，迫使礦業(yè)城市轉(zhuǎn)型。地質(zhì)災(zāi)害頻繁發(fā)生、水土污染嚴(yán)重，嚴(yán)重威脅城市安全和市民健康，并造成巨額經(jīng)濟(jì)損失。

由于城市地質(zhì)工作專業(yè)性較強(qiáng)，城市規(guī)劃和建設(shè)部門缺少相關(guān)專業(yè)人才，導(dǎo)致城市地質(zhì)工作和城市建設(shè)不能有效統(tǒng)一。在編制城市規(guī)劃時，許多規(guī)劃師們只注重城市地表的空間布局，很少考慮城市地下的地質(zhì)情況。城市地質(zhì)工作明顯滯后于城市建設(shè)，城市建設(shè)過程中缺乏事先的地質(zhì)調(diào)查和必要的地質(zhì)環(huán)境論證，給城市建設(shè)帶來了許多隱患。中國城市地質(zhì)工作涉及部門和行業(yè)眾多，各行業(yè)工作標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，工作內(nèi)容各有側(cè)重，相互之間缺乏溝通，造成工作重復(fù)和成果不一致，不利于城市規(guī)劃和建設(shè)管理的應(yīng)用。另外，中國城市地質(zhì)工作的研究方法比較傳統(tǒng)和落后，即使是一些發(fā)達(dá)的大中型城市都未建立城市地質(zhì)空間數(shù)據(jù)庫和地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)信息及評價(jià)系統(tǒng)。因此，開展城市及周邊地區(qū)或潛在城市化地區(qū)的地質(zhì)調(diào)查和評價(jià)，對于合理編制城市規(guī)劃，保障城市安全，建設(shè)“宜居城市”等都具有重要意義。

從世界上第一條地鐵建成開始，地下空間的發(fā)展已經(jīng)成為世界各大城市發(fā)展的新方向，從大型建筑物向地下的自然延伸發(fā)展到復(fù)雜的地下綜合體，再到地下城。地下市政設(shè)施也從地下供、排水管網(wǎng)發(fā)展到地下大型供水系統(tǒng)，地下大型能源供應(yīng)系統(tǒng)，地下大型排水及污水處理系統(tǒng)，地下生活垃圾的清除、處理和回收系統(tǒng)等等。地下空間利用規(guī)劃從專項(xiàng)規(guī)劃入手，逐步形成系統(tǒng)的規(guī)劃，其中以地鐵規(guī)劃和市政基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃最為突出。一些地下空間利用較早和較為充分的國家，正從城市中某個區(qū)域的綜合規(guī)劃走向整個城市和某些系統(tǒng)的綜合規(guī)劃。

隨著中國城市人口的不斷膨脹、城區(qū)用地規(guī)模的不斷擴(kuò)大、地面交通流量的大幅增加，不少城市面臨人口擁擠、土地緊張等影響城市可持續(xù)發(fā)展的難題。由于城市土地資源有限而且不可再生，城市地下空間的開發(fā)利用倍受人們青睞。城市地下空間的開發(fā)利用不僅可以緩解城市人口增長帶來的城市交通壓力，保護(hù)城市的歷史文化景觀，而且可以帶動沿線經(jīng)濟(jì)活動的繁榮。

開展城市調(diào)查工作，摸清城市地質(zhì)情況，是開展城市地下空間開發(fā)利用的前提。要分析城市地質(zhì)條件是否適合地下空間開發(fā)，能否進(jìn)行深層地下空間開發(fā)，如何順應(yīng)地質(zhì)條件編制地下空間開發(fā)利用規(guī)劃，地下空間開發(fā)會產(chǎn)生什么樣的地質(zhì)環(huán)境問題，地下空間開發(fā)過程中要解決什么樣的工程地質(zhì)問題，等等。這些都需要城市地質(zhì)學(xué)知識。

地下水在中國城市供水中占有很重要的地位，在城市用水總量中，地下水占30%，其中華北、西北城市利用地下水的比例分別高達(dá)72%和66%。2012年2月水利部就日益嚴(yán)重的水資源短缺問題發(fā)出嚴(yán)厲警告，稱形勢一天比一天嚴(yán)重，全國逾2/3的城市不同程度缺水。由于工業(yè)廢水的肆意排放，導(dǎo)致80%以上的地表水、地下水被污染。一些城市已經(jīng)出現(xiàn)水資源危機(jī)。日益嚴(yán)重的地下水污染加劇了城市缺水問題，迫切需要開展城市地下水資源承載力評價(jià)和脆弱性評價(jià)，加強(qiáng)城市地下水資源勘察與管理，通過合理的規(guī)劃布局來保護(hù)好城市水源地。

5 結(jié)束語

城市地質(zhì)環(huán)境和災(zāi)害問題、城市地下空間開發(fā)、城市地下水污染都是中國城市發(fā)展過程中面臨的重大問題，全都涉及到城市地質(zhì)學(xué)內(nèi)容?？梢灶A(yù)見，城市地質(zhì)學(xué)的地位會越來越高，城市地質(zhì)學(xué)研究進(jìn)展會受到越來越多城市專家學(xué)者和政府官員的關(guān)注。

［1］李友枝，莊育勛，蔡綱，等.城市地質(zhì)——國家地質(zhì)工作的新領(lǐng)域［J］.地質(zhì)通報(bào)，2003，22(8):589 －595.

［2］張洪濤.城市地質(zhì)工作——國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會發(fā)展的重要支撐［J］.地質(zhì)通報(bào)，2003，22(8):549 －550.

［3］金江軍，潘懋.近10年來城市地質(zhì)學(xué)研究和城市地質(zhì)工作進(jìn)展述評［J］.地質(zhì)通報(bào)，2007，26(3):366 －371.

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