城市區域地質條件適宜性評價定量化指標研究

鄭桂森，衛萬順，王繼明，劉宗明，于春林，徐吉祥，李小龍

（北京市地質礦產勘查開發局，北京 100195）

0 引言

城市區域地質條件適宜性評價，是指為了滿足城市布局選址、規劃建設、安全運行、轉型升級對地質資源和地質環境的需求（鄭桂森等，2016），特別是對定量化地質數據的需求（衛萬順等，2016），對區域各項地質要素進行的評價，主要包括保障城市發展的地質資源和制約城市建設發展的地質環境問題。在我國已頒布的國家、地方、行業標準中對各項地質要素的評價主要以定性評價居多，指標定量化程度較低，而且部分評價指標不能全面反映評價對象演化趨勢（劉輝等，2017）。傳統的地質調查工作精度多數在1:50000中等比例尺，且研究對象較為“單一”，不能滿足城市規劃建設的需求，特別是在區域重大工程建設過程中，地質成果應用受到較大的限制。目前，我國城市地質工作部署規模向區域化發展，工作內容向系統性動態化發展，工作方法手段向高精度定量化發展（李安寧等，2011），因此迫切需要一種“定量化”、“綜合性”的地質條件適宜性評價方法。

本文通過大量城市地質工作實踐，結合城市不同階段建設對地質工作的實際需求，對國內外相關評價標準、評價方法進行深入分析研究，在大量城市地質工作基礎上，初步建立了一套城市區域地質條件適宜性評價定量化指標體系，本次工作一是將評價體系中不夠完善的部分新設置了定量化指標，二是將部分指標評價由定性轉化為定量，三是修訂了部分定量化指標的定量分級標準，旨在使地質成果滿足城市發展需求，提高地質工作基礎性支撐能力。此項工作目前處于嘗試探索階段，本文拋磚引玉，希望同行共同探討，推進完善城市區域地質條件適宜性評價方法體系。

1 評價內容及指標

城市區域地質條件適宜性評價工作，應兼顧保障城市發展的地質資源和制約城市建設發展的地質環境問題，各評價指標內容確定根據所處區域而定，根據城市所處區域可劃分為平原區和山區兩大評價體系（圖1）。

圖1 城市區域地質條件適宜性評價內容體系圖Fig.1 The evaluation content of suitability evaluation method for urban regional geological conditions

1.1 評價內容

（1）地質資源

地質資源是自然資源的一種，主要包括礦產資源、地下水資源、能源資源、土地資源、景觀資源等。本次評價內容是地下水資源、地下空間資源、淺層地溫能、地熱能（衛萬順等，2010）。同時，由于再生水熱能利用效益明顯、前景廣闊，又可與淺層地溫能、地熱能聯合利用，故暫將其列入資源闡述。

（2）地質環境

地質環境是指由巖石圈、水圈、大氣圈組成的環境系統（程裕淇等，2006），在地質演化過程中各圈之間進行著物質遷移和能量轉換，組成了一個相對平衡與開放的系統，是人類與生物生存發展的基礎，同時人類與生物生存發展又不斷改變著地質環境。在地質環境系統內能量轉換和物質遷移過程中引發了地質環境改變形成各種自然災害，因此本文將地質災害列入到地質環境中加以研究。地質環境類評價指標主要包括地質災害、水土環境、工程地質條件和區域地殼穩定性。

地質災害：地質災害包括緩變型地質災害和突發性地質災害，其中緩變型地質災害包括地面沉降、活動斷裂、地裂縫等；突發性地質災害包括砂土液化、巖溶塌陷、崩塌、滑坡、泥石流、采空塌陷等（李烈榮等，2012）。

水土環境：包括地下水環境和土壤環境。

工程地質條件：包括對地形地貌、地基穩定性、腐蝕性等方面的評價。

區域地殼穩定性：包括地震震級、地震基本烈度、地震動峰值加速度、強震周期等。

1.2 評價指標

通過對地質資源和地質環境的評價內容及指標進行梳理，建立了城市區域地質條件適宜性評價指標體系，梳理出地質資源和地質環境兩類，包括20種地質要素，68項指標。通過深入分析在68項指標中修訂了25項指標，包括新增指標22項（定量指標17項、定性指標5項）、將原定性轉為定量指標2項、修訂原定量指標1項（表1）。今后隨著相關研究工作的深入，未來將不斷完善該評價方法的定量化水平，使城市地質工作向精準化方向發展。

2 評價依據

（1）突出區域主要地質資源環境問題，抓住對城市發展具有決定性作用的問題開展定量化評價，達到精準、可靠的目標；

（2）體現實用適用原則，任何一項指標設置既能滿足對某地質要素的性質、特點、發展趨勢描述的要求，又能滿足各種功能應用需求；

（3）指標可定量化、可操作性原則，在當前經濟技術條件下能夠實現定量化的指標，盡可能設置為定量化指標，盡管此項工作具有很大難度，但盡量將地質工作向定量化轉變。

3 評價流程

首先根據收集資料和現場工作成果進行基礎地質分析工作，包括基礎地質條件、工程地質條件、水文地質條件和地質環境條件。

其次進行城市區域地質條件適宜性評價，包括地質資源評價和地質環境評價，其中地質資源評價要對每一種地質資源的數量和品質進行評價，并結合環境負作用、經濟價值評估資源開發的適宜程度。地質環境評價主要是評價地質環境容量對城市發展的貢獻和制約，同時要評估城市發展對地質環境產生的負作用，地質環境評價最基本的是水土環境的質量，這是承載城市的根本物質基礎；再對地質災害、工程地質條件、區域地殼穩定性進行定量評價，其中地質災害不僅危害性大，同時具有一定的長期性和隱藏性，因此地質災害危險性評價應綜合考慮“現狀評估危險性”和“預測評估危險性”，再結合“防治難度”評估某一種地質災害對規劃用地或建設用地適宜性的影響程度；最后將各類評價結果應用不同方法綜合判別，進行約束性地質條件適宜性區劃（圖2）。

最后成果報告的編制，包括文字報告、附圖和附表、信息系統等。

4 評價方法

4.1 地質資源

本次針對淺層地溫能、地熱能、再生水熱能、地下水資源、地下空間資源進行定量分級評價（表2）。

（1）淺層地溫能

淺層地溫能是指蘊藏在地表以下一定深度（一般小于200m）范圍內巖土體、地下水和地表水中具有開發利用價值的一般低于25℃的熱能（衛萬順等，2012）。本次評價方法參照《淺層地熱能勘查評價規范》（DZ/T0225-2009）中關于地埋管換熱方式、地下水換熱方式適宜性分區的分級方法執行。

（2）地熱能

地熱能是指地球內部的地熱能、地熱流體及其有用組分，目前熱水型地熱能是資源開發利用的主要對象（劉宗明等，2017）。本次評價方法部分參考了《地熱資源地質勘查規范》（GB/T11615-2010）中關于溫度和地熱井單位產量的分級，評價方法中通過熱儲層頂板埋深、溫度、單井產量3個方面進行定量評價。由于地熱資源主要以利用熱量為主，因此將溫度和單井出水量合并換算成“單井每天開采熱量”這種表達方式，這樣既兼顧這兩項指標，又不局限于其中某一項指標。

（3）再生水熱能

表1 評價指標明細表Tab.1 List of evaluation indicators

圖2 城市區域地質條件適宜性評價流程圖Fig.2 The evaluation process of suitability evaluation method for urban regional geological conditions

再生水中所蘊藏的低溫熱能，其能量主要來源于城市排熱、污水處理工藝的增熱產熱和太陽輻射等（北京市地質勘察技術院，2011）。評價方法中參照了《北京市再生水熱能利用研究及規劃》中《北京市再生水熱能資源開發利用規劃》專題成果，通過污水處理廠日處理量、再生水輸送距離2個方面進行定量評價。

（4）地下水資源

地下水資源主要參考地下水可開采量進行定量評價，所謂地下水可采資源量是指在一定技術和經濟條件下，開采過程中不會誘發嚴重的環境地質問題，可以持續開采利用的地下水量（北京市地質礦產勘查開發局等，2008）。本次評價參考了《供水水文地質勘察規范》（GB50027-2001）中關于對供水水源地的分級，新增加了定量化指標。

（5）地下空間資源

地下空間資源是指在城市地表以下一定深度范圍內，受到地質條件約束，在現有技術經濟條件能開發利用的土層或巖層中天然形成或經人工開發而成的空間，以及空間中蘊藏的各類地質資源。對于地下空間資源評價主要參照《地下空間資源適宜性評價》綜合得分進行定量分級（北京市地質調查研究院，2018）。

表2 地質資源類指標評價表Tab.2 Evaluation of geological resources indexes

4.2 地質環境

（1）地質災害

地質災害是指因地質環境條件的變化或人為活動引發危害人民生命和財產安全的地質現象（鄭桂森等，2015）。本次評價主要針對“現狀評估”部分進行了定量化研究，各類地質災害評價分級詳見表3。

地面沉降：地面沉降是指在自然和人為因素作用下，由于地殼表層土體壓縮而導致區域地面標高降低的一種環境地質現象（北京市地質礦產勘查開發局等，2008）。從地面沉降造成的危害性角度出發，地面差異性沉降幅度較大的區域會對地表建筑物造成較大的危害，因此增加了“年地面沉降坡度”進行定量評價。

活動斷裂：活動斷裂是指在全新地質時期（1.2萬年）內有過地震活動或近期正在活動的，今后100年可能繼續活動的斷裂叫全新活動斷裂，即“工程活斷層”（鄭桂森等，2013）。評價方法中參照《地質災害危險性評估技術規范》（DB11/T 893-2012）進行評價。

地裂縫：地裂縫是指由于自然地質作用和人類工程活動造成的區域性地面開裂的現象。評價方法中增加了地裂縫密度、單個地裂縫長度、地裂縫（帶）寬度、地裂縫活動速率4項定量化評價指標。

砂土液化：砂土液化是指在地表下一定深度內可液化的飽和土層在地震力作用下產生的震動液化。評價方法中參照《建筑抗震設計規范》(GB50011-2001)中液化指數（ILE）進行定量分級。

巖溶塌陷：巖溶塌陷是指可溶性巖石或巖層在水的作用下形成的塌落或沉陷作用，評價方法通過對碳酸鹽巖純度、地下溶洞土洞情況、地面下陷開裂塌陷情況、上覆松散層厚度、鉆探情況5項指標進行定量評價，其中鉆探情況是新增定性指標。

崩塌：崩塌是指巖（土）體離開母體崩落的現象。評價方法中新增加了崩塌（危巖體）不利結構面發育程度、高陡邊坡的地形坡度、崩塌體距地面高度3項評價指標。

表3 地質災害類指標評價表Tab.3 Evaluation of geological hazard indexes

滑坡：滑坡是指斜坡上的巖土體在內外因素（營力）作用和影響下沿坡內一定的軟弱帶（或面）作整體地向前向下移動的現象。評價方法中參照《地質災害危險性評估規范》（DZ/T 0286-2015），采用滑坡前緣狀態、地表徑流、滑體平均坡度、后緣變形狀況、穩定系數5項指標進行評價。

泥石流：泥石流是指大量泥沙、石塊和水的混合體流動的現象。評價方法中參照《地質災害危險性評估規范》（DZ/T 0286-2015）中“泥石流發育程度量化評分及評判等級標準表”進行定量評價。

采空塌陷：采空塌陷是指地下采礦活動引起的地面形變現象。評價方法中新增加了開采層傾角、抗剪強度與承載力比值2項定量化評價指標。

（2）水土環境

水土環境評價是對擬建工程周邊區域土壤和地下水環境進行調查評價工作，分別對無機指標和有機指標進行分級，再進行健康風險評價。

地下水質量評價：地下水指標評價參照《地下水質量標準》（GB/T 14848-2017）。

土壤質量評價：土壤質量評價參照《土壤環境質量標準》（GB 15618-1995）。

健康風險評價：健康風險評價參照《場地環境評價導則》（DB11/T 656-2009）中“7第三階段-風險評價”，分別對暴露點濃度和攝入量進行計算，攝入量計算包括直接攝入土壤污染物、皮膚直接接觸土壤、呼吸吸入土壤塵、呼吸土壤或地下水中揮發性污染物、飲用污染地下水。

（3）工程地質條件

工程地質條件評價是對擬建工程周邊區域與工程建筑有關的地質環境各項因素進行調查評價工作（衛萬順等，2011），主要包括地形地貌、地基穩定性、腐蝕性3個方面（表4）。

地形地貌：評價方法中增加了地形地貌、地形坡度2項指標進行評價。

地基穩定性：包括地基承載力、地基壓縮性、人工填土、軟弱性土、濕陷性黃土、土均勻性6個方面進行評價。其中人工填土和軟弱性土根據大量工作實踐，將原定性指標轉為定量；并新增加了土均勻程度定性指標。

腐蝕性評價：首先要參考地下水類型和地下水水位，當地下水位下降時，則會增加土體自重壓力，引起地基附加沉降。當地下水位上升時，浸濕軟化巖土，造成地基土的強度降低、壓縮性增大，嚴重時會導致建筑物沉降變形。腐蝕性評價方法參照《巖土工程勘察規范》（GB50021-2001）中地下水和土對主要建筑材料（混凝土結構、鋼筋結構）的腐蝕性進行定量評價。

（4）區域地殼穩定性

本次評價參照《活動斷層與區域地殼穩定性調查評價規規范》（DD2015-02）和《中國城市地質》（中國地質學會城市地質研究會，2005）中關于區域地殼穩定性的評價方法，通過地震震級、地震基本烈度、地震動峰值加速度、斷裂活動速率、強震周期、地殼升降速率、水平應力與垂直應力比值7項指標，各指標定量分級詳見表5。

表4 工程地質條件指標評價表Tab.4 Evaluation of engineering geological conditions indexes

表5 區域地殼穩定性指標評價表Tab.5 Evaluation of regional crustal stability indexes

5 結論

本文系統研究了城市區域地質條件適宜性評價定量化指標，主要結論如下：

（1）城市區域地質條件適宜性評價是指為了滿足城市布局選址、規劃建設、安全運行、轉型升級對地質資源和地質環境的需求，對區域各項地質要素進行的定量評價工作；

（2）本文通過大量城市地質工作實踐，對現有國內外各項地質評價標準、評價方法進行深入分析研究，建立了城市區域地質條件適宜性評價指標體系，梳理地質資源和地質環境兩類，包括20種地質要素，68項指標，修訂了其中25項指標，包括新增指標22項（定量指標17項、定性指標5項）、將原定性轉為定量指標2項、修訂原定量指標1項；

（3）該評價指標體系體現出實用性、適用性原則，既能滿足對某地質要素的性質、特點、發展趨勢描述的要求，又能滿足各種功能應用需求，同時各項指標可作為區域資源環境承載力評價指標的重要參考；

（4）此項工作目前處于嘗試探索階段，需要不斷完善評價指標體系。

鄭桂森，衛萬順，于春林，等，2016.城市地質工作與城市發展關系研究[J].城市地質，11(4)：1-6.

衛萬順，鄭桂森，于春林，等，2016.未來五年我國城市地質工作戰略思考[J].城市地質，11(2)：1-5.

劉輝，衛萬順，王繼明，等，2017.城市區域地質條件適宜性評價方法初探[J].城市地質，12(3)：1-6.

李安寧，鄭桂森，2011.地質工作在北京城市規劃建設中的應用研究[J].地質與資源，20(4)：45-48.

衛萬順，鄭桂森，欒英波，2010.北京平原區淺層地溫場特征及其影響因素研究[J].中國地質，37(6)：1733-1739.

程裕淇，王鴻禎，李延棟，等，2006.地球科學大辭典[M].北京：地質出版社.

李烈榮，王秉忱，鄭桂森，2012.我國城市地質工作主要進展與未來發展[J].城市地質，7(3)：1-11.

衛萬順，鄭桂森，欒英波，等，2012.常溫層溫度特征及淺層地溫能成因機理研究[J].中國地質，7(2)：1-5.

劉宗明，張進平，王新娟，等，2017.北京天竺地熱田東壩凹陷南部地區地下熱水富集的地熱地質條件分析[J].現代地質，31(4)：832-842.

北京市地質勘察技術院，2011.北京市再生水熱能利用研究及規劃報告[R].

北京市地質礦產勘查開發局，北京市水文地質工程地質大隊，2008.北京地下水[M].北京：中國大地出版社.

北京市地質調查研究院，2018.北京城市地下空間資源調查評價及關鍵技術研究成果報告[R].

鄭桂森，王穎，欒英波，等，2015.北京地區地質災害成災條件研究[J].城市地質，10(S1)：18-23.

北京市地質礦產勘查開發局，北京市地質研究所，2008.北京地質災害[M].北京：中國大地出版社：149-150.

鄭桂森，欒英波，王繼明，等，2013.北京建設世界城市中主要地質環境問題的思考[J].中國地質災害與防治學報，24(1)：111-117.

衛萬順，郭萌，賈三滿，等，2011.北京規劃新城區域工程地質勘查方法體系研究[J].城市地質，6(1)：1-11.

中國地質學會城市地質研究會，2005.中國城市地質[M].北京：中國大地出版社.