陳龍 孫勇剛 尚曉雨 薛良 張闖 劉澤 楊科

（河北省地質礦產勘查開發(fā)局國土資源勘查中心，河北 石家莊 050081）

0 引言

地表基質調查是運用現(xiàn)代地質、地理、土壤、工程等科學理論和技術方法，在充分研究和運用已有資料的基礎上，查清選定范圍內孕育和支撐自然資源的巖石、礫石、沙、土壤等地表基質類型、理化性質及地質景觀屬性等的自然資源專項調查工作。地表基質調查是自然資源專項調查的基礎內容。

目前，對地表基質層的研究尚處于初期階段，前人對地表基質調查的研究比較少。自然資源部印發(fā)的《自然資源調查監(jiān)測體系構建總體方案》（以下簡稱《方案》）［1］中，首次提出“地表基質層”和地表基質的概念，對地表基質調查工作的開展進行了明確，同時對地表基質調查的內容進行了說明。葛勝良等［2］通過對比研究林草學、農學、基礎地質學、第四紀地質學、水文地質學、工程地質學、地理學以及地球系統(tǒng)科學等學科領域中與“地表基質層”聯(lián)系緊密的劃分內容，提出了地表基質層的定義并對《方案》中地表基質調查的目的進行了引申：“及時掌握地表基質層時空分布、數(shù)量質量、利用狀況和動態(tài)變化，研究地表基質層自身變化發(fā)展及其與其他自然資源和環(huán)境要素的相互關系和作用機理，為自然資源統(tǒng)一管理、國土空間整體規(guī)劃和生態(tài)環(huán)境保護修復提供翔實資料支撐和信息服務”。2020年底，自然資源部辦公廳發(fā)布《地表基質分類方案（試行）》［3］，對地表基質定義進行了明確。

為積極響應和貫徹落實自然資源部印發(fā)的《方案》，服務于山水林田湖草建設和國土空間規(guī)劃管理，利用河北省自身特殊的地理區(qū)位、齊全的地貌類型、多樣化的地表基質類型，河北省自然資源廳開展了河北省自然資源地表基質層示范性調查。根據(jù)示范性調查區(qū)選定的原則：涵蓋盡可能多的地貌類型、承載的自然資源類型多樣、地表基質類型代表性強、問題導向、成果應用試點等，最終選定了八個示范性調查區(qū)。本研究以八個示范性調查區(qū)中的壩上地區(qū)張北示范性調查區(qū)為例，對壩上地區(qū)自然資源地表基質調查采用的地質測量方法進行總結，以期為同類型項目提供借鑒，為建立地表基質調查地質測量技術方法提供依據(jù)和參考。

1 張北示范性調查區(qū)概況

張北示范性調查區(qū)（以下簡稱本區(qū)）屬于內蒙古高原南緣的壩上高原區(qū)，范圍包括張北縣安固里淖及其補給源的三臺河下游、黑水河下游，屬于基巖淺埋區(qū)。主要地貌類型為玄武巖臺地小區(qū)、緩斜地小區(qū)、坡平地小區(qū)，以淖淀為主的洼地小區(qū)，為構造持續(xù)穩(wěn)定上升區(qū)域，長期遭受風化剝蝕作用。本區(qū)海拔高度為1 300～1 500 m，相對高差200 m，中部大部分區(qū)域地形平緩、起伏不大，局部為湖淖或洼地，湖淖多已干枯。

2 地表基質調查深度

地表基質調查深度不宜設置統(tǒng)一標準。結合本區(qū)生態(tài)功能定位可知，本區(qū)不屬于人類利用地下空間的重點區(qū)域，綜合考慮地表基質支撐和孕育草原、林地、濕地等自然資源的基礎性作用，地表基質調查深度達到非飽和的包氣帶30 m即滿足要求，而在玄武巖臺地小區(qū)等巖石基質埋深較淺區(qū)域，調查深度揭穿地表松散層，達到巖石風化殼中等風化層即可。據(jù)調查，除河流、湖淖等地勢低洼區(qū)域，松散層厚度一般不超過20 m。此深度包含了表層附著物、土壤耕作層和土壤微生物活動層、植物根系所能達到的深度［4］，可以滿足地表基質調查深度要求。

地表松散層是地表基質發(fā)揮對自然資源支撐、孕育功能的主要層位，是地表基質調查的主要層位。地表松散層厚度與地貌類型關系密切，通過對本區(qū)調查，總結出本區(qū)的基質垂向結構。地勢較高的玄武巖臺地小區(qū)地表松散層厚度薄，甚至巖石裸露，垂向30 m內的基質一級類結構以巖石單層結構或土質—巖石二層結構為主；地勢低洼的湖沼積洼地小區(qū)內地表松散層厚度大，垂向30 m內的基質一級類結構為土質單層結構。

3 地質測量工作內容

3.1 地表基質分類與命名

本次地表基質調查對于地表基質的分類和命名在《方案》要求的基礎上，結合河北省實際進行了細化和調整。一級類分為巖石、礫質、土質、泥質和砂質，其中泥質和砂質長期處于水下。通過對收集資料的分析，初步確定本區(qū)地表基質分類一級類包括巖石、礫質和土質。針對不同的基質類型，確定具體有針對性的調查內容。地表基質野外定名原則因基質類型而異：巖石基質命名按照《巖石分類與命名方案》確定，礫質和土質根據(jù)基質的粒級確定。

3.2 資料收集與利用

在地質測量工作開展之前，充分收集調查區(qū)氣象、水文、土壤植被、社會經(jīng)濟、區(qū)域地質、水文地質、工程地質、環(huán)境地質、農業(yè)地質、地球化學、三調、年度變更調查等成果資料，并進行綜合分析和二次開發(fā)利用，尤其是對區(qū)調、地貌和三調等資料的分析，對巖石、礫質、土質等進行識別、改化等，最終形成調查區(qū)地表基質草圖和自然資源分布圖草圖，將其用于指導野外調查工作的開展和實施，部分工作只需要進行野外查證即可，可以起到減少工作量的作用。

3.3 地質測量調查內容

利用地表基質草圖，結合遙感解譯成果等資料，對示范性調查區(qū)地層巖性、土壤類型、地表覆蓋物、植被覆蓋率、地表基質破壞情況等地質環(huán)境條件進行核實查證，補充調查地表基質的基質類型、成因、分布形態(tài)、分布規(guī)律、結構、質地組分及理化性質等指標。其中，巖石基質重點調查內容包括巖性、基質定名、產狀、風化程度、風化殼垂直分帶等。礫質基質重點調查內容包括礫徑、基質定名、礫質成分、分選性、礫間充填物等。土質基質重點調查內容包括基質定名、土地利用現(xiàn)狀、微地貌。

3.4 野外調查

3.4.1 地面調查。地面調查包括垂向調查和橫向調查兩個方面。垂向調查深度與基質類型有關，礫質和土質的地面垂向調查深度為一般0.3 m，土質地表0～0.3 m作為表土層，包含了耕作層和犁底層，是與植物生長聯(lián)系最緊密的層位，決定了地表基質承載自然資源的能力。地表基質野外定名原則是以地表0～0.3 m范圍內厚度最大的基質類型命名，可通過地質錘、鐵鏟等工具進行揭露。在巖石裸露區(qū)，地表基質類型為巖石，地面垂向調查深度主要利用天然或人工形成的巖石剖面露頭，通過對巖石顏色、堅硬程度、裂隙寬度、裂隙密度、裂隙填充物等內容描述巖石風化殼垂直分帶，劃分殘積土、全風化層、強風化層、中等風化層等。橫向調查主要為調查線路和調查點。通過初步踏勘評估后，確定示范區(qū)屬地表基質類型簡單地區(qū)，調查線路間距介于1 500～2 000 m，調查點密度為40個/km2。根據(jù)地表基質草圖，以穿越法為主與追索法相結合的方法布置調查路線，沿途做連續(xù)調查，詳細記錄。

3.4.2 基質剖面測量。實測剖面應在調查區(qū)域踏勘之后、調查之前布置，以確定調查區(qū)內主要基質類型、基質類型分區(qū)、填圖單元、層位關系、巖石組合特征等，用于指導路線填圖。選取代表性的地段開展地表基質剖面測量，垂直溝谷布設典型剖面1～2條，對重要的基質層類型應有1～2條測量剖面予以控制，實測剖面比例尺應以基質信息易于表達、圖面美觀為準。為了更好地進行剖面測量和保證剖面測量的準確，需要借助淺鉆、槽探、洛陽鏟等進行揭露。

本次工作通過對安固里淖東南部剖面實測得出，為了使基質信息易于表達、圖面表現(xiàn)形式美觀，水平比例尺采用1∶5 000，垂向比例尺采用1∶500。實測剖面范圍內地貌類型為湖沼積洼地，由于長期的湖沼沉積和流水搬運，地勢平緩，地表基質一級類以土質為主，偶見礫質。

3.4.3 淺鉆、背包鉆、槽探、洛陽鏟等。本區(qū)大部分區(qū)域屬于基巖淺埋區(qū)，與基巖裸露區(qū)不同，地勢相對平坦，松散覆蓋層厚，缺少天然地質露頭，無法通過地面調查來確定地表0.3 m以下的基質類型及其特征。淺鉆、背包鉆、槽探、洛陽鏟等揭露工程可以對地表0.3 m以下基質類型和特征調查發(fā)揮重要作用。

淺鉆工程目的主要是揭露30 m以淺基質類型、巖性、結構、特征等，其中基巖鉆孔可查明基巖巖性、成分、風化程度、風化殼厚度、巖石質量指標（RQD）等，鉆孔深度應達到30 m，若30 m內遇基巖則須入基巖中風化或弱風化1～2 m終孔。鉆探過程中采取土樣、巖樣，地表基質樣品應能正確反映基質組成特征，取樣深度一般為0.2 m、2 m、5 m、10 m、20 m、30 m（或終孔）。淺鉆布設位置涵蓋示范區(qū)內各類型地貌單元，對于調查不同地貌單元的垂向基質結構和分層特征具有重要意義。槽探工程布設原則與淺鉆類似，須涵蓋示范區(qū)各地貌類型單元，可更直觀地觀察、反映地表基質分層情況和接觸關系。雖然槽探深度不超過3 m，但是對于調查湖淖周圍地表0～3 m范圍內河湖沉積作用形成的地表基質具有良好的效果。本區(qū)大部分區(qū)域土質厚度可達10 m左右，可使用洛陽鏟作為輔助調查手段，洛陽鏟一般深度2～5 m。背包鉆具有鉆進快、取樣深、操作簡單、攜帶輕便等特點，可以作為淺鉆、槽探的補充和替代手段。

鉆探工作應參照DZ/T 0148—2014等相關規(guī)范執(zhí)行，工程編錄中定名及地質描述應按照地表基質分類標準執(zhí)行，改化為基質名稱和基質描述。

3.4.4 巖礦試驗。為查明本區(qū)地表基質的物理、化學性質，按照地表基質類型的不同在工程地質鉆探孔、洛陽鏟孔、槽探和地表調查點采集巖石、土質樣品。

針對巖石基質的調查研究，以利用本區(qū)現(xiàn)有區(qū)調資料為主，主要驗證和補充調查巖石物理性質特征，包括巖石的硅酸鹽分析、巖礦鑒定、密度、孔隙率、含水率、吸水性、軟化系數(shù)等。補充調查本區(qū)巖石物理性質特征，分析巖石風化程度、抗風化能力等，探索巖石?成土母巖?土質的演化過程與成土速度等，分析本區(qū)基質成因及演化方向等。

針對土質基質的調查研究首先要收集本區(qū)多目標地球化學或土地質量地球化學等數(shù)據(jù)資料，調查工作應以取樣對比驗證、重點區(qū)域補充調查為主，包括土質化學分析、土質礦物鑒定，以及原狀土的物理性質分析，包括顆粒分析、含水率、容重、界限含水率、孔隙率等。鑒于本區(qū)內土地形式主要為農用地和未利用地，結合“兩區(qū)”建設的要求和發(fā)展方向，土質化學分析應有目的性，主要分析與農業(yè)和生態(tài)環(huán)境保護聯(lián)系密切的土壤養(yǎng)分指標（如有機質、N、P、K、B、Mn、Se、Mu、堿解氮、速效磷、速效鉀等）［5］和土壤環(huán)境指標（如重金屬元素：Cd、Hg、As、Pb、Cr、Cu、Ni、Zn等）［6］，分析土質基質對農業(yè)資源和自然資源的承載能力，并提出改善建議。同時利用本次取樣數(shù)據(jù)與前期多目標地球化學取樣數(shù)據(jù)進行對比分析，研究某些指標的發(fā)展變化趨勢。

土壤顆粒組成或機械組成是土壤質地分類的基礎［7］，也是本次工作地表基質分類中礫質、土質分類和命名的基礎。顆粒分析是地表基質調查的重要內容，針對不同的基質類型選取有效的顆粒分析檢測方法。

4 結語

地表基質調查地質測量方法應有針對性，不同地區(qū)的地質測量方法應根據(jù)該地區(qū)的地貌、植被、土地利用類型等自然資源條件以及區(qū)調、地球化學等各方面基礎調查資料完善程度來進行選擇。通過本次地表基質調查地質測量工作，對地表基質調查提出如下建議。

①充分收集調查區(qū)的基礎資料，包括區(qū)域地質、地形地貌、三調、地球化學等。對已有資料按照地表基質分類標準等相關要求進行處理、分析、轉化，使其形成地表基質調查的基礎性圖件和第一手資料，并在此基礎上開展地質測量，避免重復性工作。

②地面調查工作應利用改化后的地表基質草圖，做好垂向0～0.3 m基質調查和橫向基質平面分布調查，調查線路和調查點密度應滿足調查精度要求。地表基質調查深度不宜設置統(tǒng)一標準，調查深度30 m即可滿足一般地區(qū)地表基質對自然資源支撐、孕育的要求。

③淺鉆、背包鉆、槽探、洛陽鏟等地表揭露工程編錄中定名及地質描述應按照地表基質分類標準執(zhí)行，改化為基質命名和基質描述。工作中宜選用技術先進、提高工作效率的工程技術手段。

④巖礦試驗用于分析地表基質的物理、化學性質。巖石基質主要進行硅酸鹽分析、巖礦鑒定、密度、孔隙率、含水率、吸水性、軟化系數(shù)等分析；土質基質應進行顆粒分析、含水率、容重、孔隙率等物理性質分析，在收集多目標地球化學數(shù)據(jù)的基礎上進行土壤養(yǎng)分指標和土壤環(huán)境指標的分析。根據(jù)調查區(qū)自然資源、生態(tài)環(huán)境背景的不同，應對主要分析指標進行調整。

⑤地質測量工作應嚴格按照需求導向、目標導向、問題導向的原則實施，與調查區(qū)內地表基質支撐、孕育的自然資源相吻合，進而為科學編制國土空間規(guī)劃、自然資源整體保護、系統(tǒng)修復和綜合治理提供服務。