城市地质调查工作方法探讨

汪庆华,以杭州城市地质调查项目为例,城市地质与城市地质调查工作方法,内容提要,城市是政治、经济、文化和信息的中心，其形成是产业革命和经济发展的必然结果，世界上近70亿人口中约有50%居住在城市地区，因此，人类社会的可持续发展重点和关键在城市。地质条件是城市生态环境存在与稳定的基本因素，是建设城市的物质基础。城市化的迅速发展，引发了诸多的城市地质问题与灾害，制约着未来城市的发展。城市中心的许多问题或灾害直接或间接与城市地区的地质或水文地质条件以及人类活动相关,城市地质工作的概念,城市地质工作是在城市及其周边地区或城市潜在化地区的特定空间范围内，综合考虑各种地质要素，研究其对城市发展所提供的地质环境、资源，所施加的约束条件以及城市发展对其产生的影响，为城市规划、建设和管理服务的地质工作。,国内外城市地质工作研究历史及进展,为解决和减少城市地区出现的地质问题或灾害，世界各地积极开展城市及周边地区的地质工作，解决对城市人口和财产造成的物理和财政损害。最早的城市地质工作可以追溯到二十世纪20年代末期，以德国出版的特殊土壤图用于城市规划为代表。但现代意义上的城市地质工作主要是在二战以后发展起来的，以德国为代表的东欧国家实施了系统的城市地质填图计划。编制了城市1:1万和1:5千的地质图、地基图和土地类型图，反映土壤和岩石的自然属性，图面内容以定性描述为主。6070年代，欧洲各国，开展了针对如何使用最适当的方法在图上展现城市地区地质数据的研究，并随着水文地质和岩土模型的应用增加，进行了城市地质信息的定量描述和预测人类活动对城市发展的影响。这一时期的代表性成果；美国的“加利福尼亚城市地质总体规划”、“旧金山湾地区定量土地潜力分析”德国的“下萨克森州和不莱梅市自然环境潜力地质科学图系（1:20万）”,国外城市地质发展历史与研究现状,7080年代，欧洲各国及部分发展中国家相继开展了全新的主题城市填图工作，开展城市地区地质数据的专门研究，对地质数据进行多学科综合和理解，并进行定量描述和预测人类活动对地球圈层的影响，采用GIS信息技术与模型技术，用于解决城市地质环境问题及土地利用规划、土木工程建设等相关问题，为城市规划、政府决策提供比过去更通俗的城市地质主题图。90年代以来，是国际城市地质工作目标进一步明确，工作思路和工作方法也有所创新。以保障人类生命财产安全、促进城市社会、经济、环境可持续发展为城市地质工作目标。特点：注重以整体观点研究城市地质问题，保护城市地质环境、超前服务于城市可持续发展的战略技术方法：多学科、多目标、多种技术方法的交叉配合，GIS、RS、GPS技术广泛应用,国外城市地质发展历史与研究现状,世界城市地质工作的发展趋势,工作内容从早期的工程地质为主，向多内容的综合性研究发展，促进地学信息为城市规划和管理服务。工作范围突破了单一城市的局限，扩展到更大的地域，出现了与国土区域规划接轨的趋势；城市综合地学主题填图工作发展迅速，如荷兰、印度尼西亚、马来西亚和泰国等国的城市综合地学主题填图工作。采集多学科地学信息，从区域填图、评价到局部监测，形成决策支持系统。如加拿大的“城市地质计划”，洛杉矶、东京、伦敦和莫斯科等城市的“地下深部调查和填图项目”等。利用现代信息技术和手段、以GIS为平台的数字化空间数据库和计算机成图，已成为现代城市地质工作新的主流工作模式。,国内城市地质研究现状,与国外相比，中国的城市地质工作起步较晚，80年代以来，中国城市地质工作发展迅速，成效显著。在地面沉降、海水入侵和岩溶塌陷等问题的研究已进入国际先进水平。19841985年全国30多个中心城市开展了15万区域地质调查工作。80年代后期，在100余座城市中开展了城市规划、建设和管理服务的综合勘查、地质论证、供水勘查、工程地质及环境地质勘查等的工作；北海、三亚、石家庄等38个城市开展了为城市规划决策服务的综合评价工作。90年代以来，城市地质工作越来越多地考虑社会、经济、环境等因素，围绕着城市地下水资源的可持续利用、地面沉降、垃圾处置等为主题城市地质工作在中国东部地区有了较快的发展；上海、天津、苏锡常、杭嘉湖等地区和城市的地面沉降研究取得了重要进展,2001年，南京成立了城市环境研究中心，主要开展重要城市和经济发达区环境地质调查及评价，建立以数字空间数据库、计算机成图和GIS等现代技术为依托的为城市规划、建设、管理服务的决策支持系统等。2003年，中国地质调查局启动了北京、上海、杭州，2005年又启动了天津、广州、南京共六个城市的多参数三维城市地质调查试点工作这一轮城市地质调查在工作内容、方法技术上与以往的城市地质有很大差别，信息技术、深部探测技术、多参数、三维地质结构等理念的引入，标志着我国城市地质工作进入了一个新的历史时期。,研究进展及态势,我国城市地质工作存在的主要问题,但整体而言，中国的城市地质工作水平仍落后于发达国家，主要表现在：城市地质调查研究工作与城市规划结合不甚紧密，调查评价体系恪守固定模式，实用性较差，成果多被束之高阁。缺乏超前服务意识，城市地质工作未主动地延伸到相关方面，成果不能及时转变为重大决策和规划服务的有效信息。城市水文地质、工程地质、环境地质单一领域的研究成果多，综合性研究少、成果集成研究更少，对城市复杂的地质条件缺乏整体的研究和了解，成果信息不易转化大多数城市地质图（图系）主要表现纯地质内容，图面复杂，专业性强，城市规划和管理者难以应用。城市地质工作的方法手段相对落后，建立城市地质空间数据库和信息系统的工作刚刚起步，地质资料标准化程度亟待提高。,城市地质调查是一项为城市规划、城市建设和管理提供科学依据的基础性工作，对高起点、高标准推进城市建设具非常重要的意义。目前开展的多参数三维城市地质调查不仅是一项查清城市资源与环境家底的重要工作，而且可以通过对地质调查数据进行多学科的综合与理解，从根本上协调和缓解城市经济开发、空间开发与地质环境载体之间的矛盾，使之向良性方向发展。,城市地质调查的工作目标与任务,当前城市建设亟待解决城市地质相关问题,区域稳定性及城市建设（地下空间利用和地面建设）的工程地质问题（如软土基）地表水与地下水污染、城市固体废弃物的地质处置与重污染型旧厂址的污染危害性问题岩溶塌陷、滑坡等地质灾害调查，城市周边矿产资源规划、利用及矿山环境治理都市农业规划、布局选址及河湖淤积物的可利用性评价问题海平面升降对未来城市发展的影响问题（河流变迁、海水入侵，咸潮频繁）人与生态环境和谐问题,城市地质工作的特点,城市地质涉及社会、经济、地质、地理、环境、生态、信息等诸多领域，需要多学科联合，具有学科的综合性和方法的多样性；受城市规模、类型、发展阶段等社会特征和地质环境特征的双重因素影响，不同城市地质调查评价的对象、内容、工作方法也有所不同，具有地域的独特性；城市地质工作具有持久性；随着城市人口、资源、工程活动强度的改变，地质环境呈动态变化，需要投入的地质工作是不间断的，工作内容也是变化的面对不同的服务对象，需要了解对方需求，获得对方支持，提供针对性、实用性强的成果，因此城市地质又具有开放性。,城市地质的工作目标,以科学发展观为指导，以服务于城市社会与经济可持续发展为宗旨；围绕城市发展战略和目前面临的紧迫地质问题，开展城市自然及空间资源、空间安全、环境质量及承载力的调查与评价建立城市三维地质结构模型，评价与城市发展有关的国土资源潜力和地质环境容量与质量，建立开放、动态、综合的地学数据库和三维可视化的信息管理服务系统，为城市规划、建设与管理提供基础数据和科学的决策平台。,城市地质调查的主要任务,采用区域地质、水文地质与工程地质、环境地质、地球物理、地球化学和钻探等方法，查明区域基础地质特征、地质构造与区域稳定性状况、工程地质结构与参数、水文地质结构与地下水赋存状态、城市地质环境与地质灾害现状查明城市地质结构特征，建立三维地质结构模型、工程地质结构模型、地下水结构模型，为城市地下空间资源的合理开发利用提供基础资料,建立三维可视化的城市地质信息管理系统，为城市规划、建设、管理提供决策平台数字化：建立包含空间数据、拓扑关系及属性数据库在内的城市地质图、文数据库立体化：在二维或三维空间内将不同的地质地理对象相互之间进行拓扑连接,建立立体化的地质模型可视化：在三维空间内展示地质体横纵向的变化智能化：利用地理信息系统(GIS)的数据库和空间分析功能，针对城市建设对地质环境的要求,建立评价的目标与指标体系，进行智能化评价。,城市地质调查的主要工作内容,归纳起来，城市地质工作主要研究四个方面的问题一是城市的基础地质条件（资源开发利用条件）二是城市选址、规划布局和建设过程中所遇到的工程地质问题（城市安全性）三是城市发展过程中出现的城市环境地质问题（灾害与人居环境）四是城市地质信息的服务与管理（信息集成）城市地质涉及到区域地质学、水文地质学、工程地质学、环境地质学、第四纪地质学、地貌学、土壤学、地球物理学、地球化学、信息技术等多门学科领域，,城市基础地质调查,城市自然资源调查与评价,城市地质环境调查与评价,土壤污染调查与评价,城市地质信息管理与服务系统,目标是建立三维立体地质平台，实现动态、定量、高精度地管理城市地质信息，及时、直观地为城市规划、建设和经济社会发展提供科学依据。空间数据库建设，实现多元地学信息的一体化管理建立三维可视化地质结构模型，实现地质过程的三维模拟和空间分析开发综合分析、评价和决策系统，实现地质数据分析应用和动态交换建立城市地质信息发布系统，实现城市地质信息的社会化服务和共享,城市地质工作部署与精度要求,城市地质调查工作部署的基本原则,调查工作范围原则上与城市的行政区划一致，根据城市功能分区，重点开展城市建成区、新城规划区、经济开发区、重大工程建设区、环境保护区的调查评价工作依据城市不同功能区的地质特征、现有资料基础和不同调查深度，确定相应的调查比例尺和调查范围。一般按“平面分区、垂向分层”开展调查工作；一般情况下以15万作为基本比例尺，在充分利用现有资料基础上进行工作部署，城市地区大多均进行过程度不同的区域地质、水文地质、工程地质、环境地质调查和大量的勘查工作，应充分利用已有地质和工程调查、勘查成果资料，在基本掌握已有资料的基础上，进行工作部署，避免重复。应根据城市特点、需求和制约城市可持续发展的主要地质、资源与环境问题确定重点调查内容。,城市地质调查工作精度的基本要求,平面分区的工作精度基础地质调查：分为基岩出露区、松散沉积物覆盖区，三维地质调查原则上只针对松散沉积物层，基本比例尺为15万。工程地质调查：一般在平面上划分为解剖区（重点建设区）、重点调查区（中心区或建成区、卫星城区、规划区）和一般调查区（上述两者之外的地区），原则上只调查松散沉积物层和较厚的基岩风化层。分别采取11万12.5万、12.5万15万、15万110万等不同比例尺。水文地质调查：可按水文地质单元分区或对地下水的不同需求区进行分区，采用1:5万1:10万比例尺。地质环境与地质灾害调查：应视不同的环境与灾害问题所涉及范围分别确定调查区域和调查比例尺。,垂向深度分层的工作精度,垂向可分为表层、工程建设层、松散沉积物层、基岩地质层四个层次表层：地表基础地质与环境地质调查，重点对土壤重金属污染、地表水污染、土地资源的综合利用及地质灾害进行调查与评价。工程建设层：重点调查0-120米（其中以0-30米范围内与城市建设关系密切为主）岩土结构、性质，具体调查深度视调查城市工程建设需求而定松散沉积层（与工程建设层可部分或全部重合）：以调查第四纪地层结构与水文地质结构为主基岩面地质层：调查断裂构造及新构造的活动、基岩起伏变化对第四纪沉积物、地下水的控制性、评价基底稳定性垂向上不同深度层的调查精度应与平面分区比例尺相协调。在松散沉积层厚度大的地区，100米深以下的部分，可适当降低调查的精度。,城市地质调查的资料收集与利用,资料收集与利用是城市地质调查中的重要内容，贯穿于立项、设计和实施的各个阶段，全面收集以往不同时期、不同单位形成的区域地质、矿产地质、水工环、物化探、遥感等各类地质资料，特别是各类钻孔和物探资料。收集、利用的资料种类主要包括：原始资料：各类地质工作的实际材料图、采样位置图、实测剖面、各类测试资料、物性采样点位及物化探成图数据、矿点检查、异常查证、普查勘探原始资料等。钻孔资料：应涵盖各类地质工作的钻孔资料，内容包括原始钻孔编录、孔位（含高程）、孔深、测井、原位测试、样品试验测试资料。成果报告及附图：包括各种目的开展的专业勘查和研究成果报告及附图。其它有关资料：城市规划、相关用户需求、城市历史沿革、气象、地震等资料。设计编制阶段要分析和评估以往地质资料的可利用程度，为拟定待解决的主要地质问题、工作目标、主要工作内容和工作部署方案，初步确定主要工作量，经费框算等提供依据。,收集来的各类资料要进行标准化整理工作资料来源不同工作单位，工作目的或工作时间不同，执行的规范也不同，必须进行系统整理整理包括：名词、术语、符号、图示和坐标系统等的标准化；数据项的统一；填图单元、地质观点、认识、结论的梳理与统一。区分可利用资料及资料可利用程度资料是否能被利用，需要甄别。能利用的资料，也需分析以往资料中存在的问题和能被利用的程度。可用资料重新建档建立重要资料的电子档案，电子档案中除标明资料类型、名称、年代、施工单位、工作范围等内容外，要对资料的可利用程度和内容加以标注。,城市地质调查的主要工作方法,一、城市三维地质结构调查,城市地质调查和研究的主要内容是对城市地区的物质组成从不同角度进行调查和研究，针对具体城市地质问题进行分析评估，找出原因，提出减轻或解决相关问题的方法，这是城市地质调查和研究的核心和难点。区域基础地质调查是城市地质工作的基础。尽管随城市地理位置、地质背景的不同，但与城市地质调查内容相关的地质建造物质特征与演化、构造变形特征与影响、地形地貌与工程地质条件的空间变化等方面研究都是不可缺少的，也是基础地质研究的主要内容。寻找基础地质与水、工、环地质评价的结合点，加强基础地质调查与主题填图之间的有机联系，是提高城市地质调查评价工作的效率，提高城市地质调查评价成果的科学性和可信度的关键。,不论同内或同外，城市地质调查的首要工作就是以基础地质为主体的城市地质结构调查，以地表观察、地球物理探测、钻探验证、信息综合为技术支撑的三维地质结构调查是城市地质工作中一项核心工作。三维地质结构调查包括：第四系地质结构、工程地质结构、水文地质结构由于大部分城市一般均建于第四系覆盖区，因此，三维地质调查原则上只在松散沉积物层和厚层基岩风化层覆盖区进行，自上而下包括基岩和松散沉积物层的地质结构。,（一）第四纪三维地质结构调查,第四纪地质调查主要包括地层层序调查、沉积相与沉积环境调查、地貌地质调查、古地理与古气候研究以及新构造调查等。地层层序调查第四纪地层序列以及地层单位的侧向延伸是三维地质结构调查的基础。主要应包括岩石地层序列、年代地层序列和生物地层序列。运用岩石地层、生物地层、气候地层、磁性地层和年代地层等多重地层划分对比方法，同时结合浅层地震、测井以及土工参数等资料进行综合分析。,第四纪地层层序调查,岩石地层层序调查依据钻孔资料、自然剖面及工程揭露、物探资料等确定地层的叠置关系和新老顺序。地层划分与对比的主要依据为：沉积物的岩性，如颜色、结构、构造等、岩相变化特征沉积物的沉积旋回和沉积间断及其它标志；沉积物出露部位，分布特征和微地貌形态特征海侵海退、古气候冷暖变化的周期性和古地理环境的变化古地磁极性变化和14C同位素年龄测定；空间分布不连续的第四纪沉积体，可根据特殊沉积夹层，如：古土壤层、火山灰层、盐类沉积层、冰川沉积层、风沙沉积层、古文化层等确定其新老顺序，年代地层及生物地层研究在确定岩石地层层序的基础上，通过年代学测定、古生物化石鉴定、磁性地层研究，建立年代地层序列；根据地层中所含的动、植物群化石组合以及古人类和古文化遗迹特征，确定生物地层序列。事件地层调查主要调查冰川沉积、火山岩层、海侵层、洪灾沉积、地震等地质事件。,沉积相与沉积环境调查,以地表实测剖面与钻孔资料为主，结合野外调查资料及前人成果野外调查中要测量和记录指示沉积环境的各种沉积学标志，如沉积相组合、岩层厚度、沉积物颗粒特征、粒序、层理、顶底面印痕、流向、沉积构造特征等。收集沉积间断及标志层、海侵海退、古气候冷暖变化等资料,研究第四纪不同时间的气候性质和变化规律，建立古气候演化序列。第四纪古气候标志：孢粉及其组合特征：是确定气候冷暖分期的主要标志。温暖期孢粉较丰富，孢粉组合以阔叶树花粉为主。寒冷期孢粉较少，以喜冷的针叶树或草本花粉为主；岩性标志：古气候冷暖更替，使沉积环境相应的演变。一般粗颗粒或灰色细颗粒层为温暖期，并往往位于沉积旋回的下部。灰绿、黄褐、棕黄色细颗粒层为寒冷期，位于沉积旋回上部；,第四纪古气候研究,第四系标准孔布设与工作方法,第四纪覆盖区的地质结构研究中，钻孔资料是最重要的，一般情况下，100m以浅深度段以钻探控制为主，100500m深度段采用钻探与物探相结合的方法控制，大于500m深度段主要采用物探方法控制。钻孔网度根据调查精度而定，在布设的钻孔中应有一定数量的第四系标准孔。第四系标准孔是开展三维第四系结构调查与研究的基础，是统一全区钻孔间地层划分对比的标准，也是城市地质调查收集的钻孔资料标准化处理的依据。以标准孔的多学科研究为基础，建立第四纪地层层序及区域对比标志，然后将标准孔的研究结果延展到参加三维地质结构建模的各骨干孔，实现孔间地层对比，建立城市第四纪三维地质结构模型。,第四纪标准孔布设原则,标准孔布设前，应系统整理工作区已有各类钻孔资料，编制基岩埋深等值线草图，选择代表性钻孔进行填图单元初步划分与地层对比，结合前人资料进行综合分析，初步了解第四纪地层结构和古河道大致走向。布设原则根据可利用钻孔的空间分布状况，以满足工作精度的网度控制要求进行布设；尽可能选择地貌类型有区域代表性、第四纪地层完整、地层厚度较大的地段，应选择在连续性好、特征明显、代表性强、沉积速率相对较大的位置布设标准孔；。钻孔都应穿透松散沉积层，尽量避开古河道中心线；选择松散沉积物颗粒细、砂砾石层较薄的地段布设在已有和新布设的物探剖面上，应适当、合理布置标准孔；尽可能在第四系标准孔周边（间隔3m左右）布置工程地质标准孔进行对照分析。,第四纪标准孔的工作内容,第四纪标准孔的工作内容包括：钻探、取芯与岩芯保存、岩芯解剖与精细编录、取样与系统照相、资料综合整理等工作钻探：采用中深钻（50m）机型，孔径一般不小于108mm，必须穿透第四系，到达中等风化基岩1-2m。第四纪标准孔钻探必须穿透第四系，到达中等风化基岩1-2m。地下水位以上进行干钻，以鉴别地层的天然湿度，必要时可采用双层岩芯管钻进。钻进过程中采用白泥泥浆护壁，以保证孔壁的完整性，防止塌孔、缩径等现象；所有钻孔均进行全孔连续取芯，其中粘性土层取芯率不低于90%，砂性土、粉土层取芯率不低于70%，碎石土层不低于50%。现场填写第四系钻探工程野外记录报表。岩芯全部用PVC管密封保存与系统标号，以达到保湿、防震等效果。排放顺序不得颠倒，PVC管上标号内容包括孔号、回尺深度区间、岩芯上下位置。,岩芯详细编录：岩芯采用特制的钢筋架剖切。岩芯剖开后，按岩芯编号分组排序，用标签作好深度、分层界线等标记，然后系统拍摄数码照片。对典型的地质现象单独摄制近照。对厚度大于或等于50cm的岩性层以及特殊的标志层（如硬土层、泥炭层、贝壳层等）均进行详细的分层描述，包括沉积物的岩性、颜色、物性、结构构造、包含物（矿物结核和动植物化石等）、次生变化、成因类型、接触界面形态以及分层层序、厚度、深度等。样品采集：逐层系统采集孢粉、微古、古地磁、地球化学、粒度分析等样品；对泥炭层、贝壳层、淤泥质粘土层、炭化木等适当采集14C测年样；粉细砂、粉土等可采集热释光或光释光年龄样。样品类型、编号及取样深度在第四系样品登记表上单独记录。资料综合整理进行岩石地层、生物地层、磁性地层、年代地层等多重划分对比，编制第四系标准孔综合地层柱状图，其成图比例尺（垂向）一般为1:1001:500，标志性地层厚度较薄时，可适当放大表示。将标有深度的岩芯照片有机地组合成完整的岩芯柱，对钻孔地层结构与沉积相组合特征进行直观表达。,第四纪标准孔的工作内容,第四纪三维地质结构调查的钻孔控制程度,第四纪三维地质结构调查在充分利用以往可用钻孔、物探资料的基础上，要布置新的钻孔和物探工作，进行深部控制。钻孔工程控制程度必须要满足相应比例尺的精度要求。一般1：5万城市地质调查区的钻孔控制程度不低于每百平方公里510个。,第四纪地质调查钻探工程控制程度,基岩面立体模型及更新世古河道空间展布图,杭州东北部滨海平原区三维第四纪地质结构模型图,杭州市基岩地质简图,（二）三维工程地质调查,三维工程地质调查应密切结合城市建设规划的需求，确定调查的空间范围、工作比例尺。城市工程建设活动主要沿平原区展开，城市规划的重点建设区也在平原地带，因此，城市三维工程地质调查原则上只调查松散沉积物层和较厚的基岩风化层。重点进行地下100米以浅的三维工程地质结构调查，工程地质调查的主要任务是：开展工程地质填图，查明地表以下岩、土体岩性、厚度、埋藏深度，进行工程地质层划分，建立三维工程地质结构模型，在系统调查的基础上，开展工程地质条件评价，综合评价城市工程地质条件，进行工程地质区划。,岩、土体工程地质调查,岩体工程地质调查主要对基岩出露区不同岩类的岩石成分、岩性、岩相变化特征，岩石结构构造、厚度及空间分布规律、岩石风化程度等进行调查研究土体工程地质调查土体的物质组成（颗粒组成、矿物组成、结构构造、密实程度和含水状态）、结构构造（裂隙、空洞和层理发育情况）、土层厚度、空间分布的调查和物性试验。调查特殊土体及冻土、新近沉积土和人工填土的厚度及埋藏分布条件、土体有关的自然和各种工程地质现象及问题，确定沉积物的成因类型，不同时代、不同成因类型和不同岩性沉积物的结构特征。饱和土液化工程地质调查调查饱和土的粒径、不均匀系数、结构和相对密度；可能液化土层的埋藏条件及所处的地貌单元和微地貌部位；必要时对可能液化层，除进行一般物性试验外，取样测定其抗液化强度，现场做液化试验；根据水文地质条件判别饱和土层液化可能性，并作出定量评价；,工程地质勘探,工程地质勘探是三维工程地质调查的一项重要工作，原则上是在充分收集城市地区已有钻探资料的基础上，根据工作精度要求，布设在加深研究区、空白区以及已有资料达不到精度要求的地区三维工程地质调查的钻孔布置需充分考虑工程地质条件的复杂程度、研究程度等因素，并布设一定数量控制性的标准孔；按照城市规划工程地质勘察规范规定，将工程地质条件划分为复杂类型（类）、中等类型（类）和简单类型（类）。按不同比例尺要求的控制程度布设工程孔平原土体区勘查深度一般为30100m左右；山地岩体区原则上不布置工程地质调查孔。,工程地质调查百平方公里工程孔控制程度,工程地质层划分与对比,选择较完整的工程地质钻孔，进行详细分层与各类物性参数的系统测定，形成各主要区段的工程地质层标准柱。以此为对照，进行全区工程地质层组的划分，依据岩性与物性参数细分层与亚层，如岩性分层不够细时，借助物性参数等相关指标进行划分对比。不同钻孔可利用测井获得的工程参数，进行孔间地层对比。在地层横向变化较大的地段，可利用地震、电法资料进行孔间岩土体连接。工程地质层的划分对比要与第四纪地层序列、年龄、海平面升降、古气候与沉积环境等基础成果相衔接，结合工程地质层的岩性、物性参数、分布、埋深、接触关系等特征进行划分，通过工程地质孔与第四系（标准）对比与系统研究，确定工程地质层与第四纪地层的关系：一般工程地质层组对应“非正式组级”地层单元，工程地质层对应同时代不同（相）成因类型的“段级”地层单元，亚层对应于岩性层。以岩性和物性指标的差异进行划分。统一工程地质层组与第四纪的层号。,综合研究,工程地质条件评价根据调查结果开展综合研究，对城市工程建设层的地层结构，成因类型、空间分布规律、物理力学特性；持力层和下卧层的工程特性、稳定性；地下水条件及不良地质作用进行综合分析评价。工程地质区划根据调查结果综合评价城市工程地质条件，进行工程地质区划，对区内各场地的工程建设适宜性作出评价，划分工程建设有利地段及不利地段编制工程地质分区图、工程建设适宜性评价图等相关综合评价图件。对工程建设不利地段提出针对性的处理措施及建议，对可能发生的环境工程地质问题提出相应的建议和防治对策；地下空间利用适宜性评价研究利用三维工程地质调查成果、已有高层建筑地基资料、水文、环境和灾害地质调查资料等，进行综合研究，评价地下空间开发的适宜性。评价时应综合考虑：地面沉降及其变化、软土稳定性、砂土液化，地下水、浅层天然气等影响因素,（三）钻孔数据处理与地质结构建模,三维地质结构建模主要依靠钻孔资料，钻孔资料越多，结构模型的精度就越高，也就越符合地质实际，因此在城市三维地质结构调查中，要尽可能地收集各类地质钻探资料。钻孔收集包括：地质、水文、工程勘察类钻孔、新施工的第四系标准孔、工程地质、水文地质研究孔，建模钻孔中所占比例最大是收集来并进行标准化处理的钻孔，在海量钻孔数据筛选、综合分析和新施工标准孔对比研究的基础上，建立第四纪、工程地质层、主要含水层钻孔数据库，分析判定不同类型（地质、工程、水文）不同级别（精度单元）地质层的空间分布、变化特征及相互关系，构建平原区第四系、工程地质层、含水层的宏观地质格架三维地质结构模型。,钻孔资料综合整理,收集的钻孔资料要进行标准化整理工作钻孔资料来源不同单位，工作目的不同，执行的规范也不同，单孔资料参差不齐，必须进行系统整理和筛选，必须按规定要求进行整理，建立通用标准文件档案格式的电子文档。分专业整理：根据第四纪、工程地质等综合研究成果，参照相关的规范标准，分专业（第四系、工程、水文）进行系统的标准化整理，包括校核岩性描述、统一定名、规范参数、统一岩性花纹等统一地层划分：各单孔以原始资料的分层数据为基础，进行初步的地层、工程地质层、含水层的划分。建立数据库：单孔整理完成后建立相应专业数据库（进入基础数据层），每个钻孔均赋以系统编号以方便检索、查询与管理。,钻孔数据的筛选,钻孔数据的筛选大致按以下步骤进行：初步清理：有地理坐标、分层描述、相关参数等基本数据较齐全的钻孔作为有效钻孔保留，未满足基本要求的钻孔作为无效孔清除。分类分组：一般可分为第四纪地质孔、工程地质孔、水文地质孔、基岩地质孔等几大类。其中第四纪地质孔、工程地质孔均要求分层描述较详细，优先选择地层较全或有土工测试数据的钻孔；水文地质孔应有含水层、水量、水质等相关监测孔资料；统一坐标和制图：统一钻孔坐标系统，并投影到地理底图上，形成各类初筛钻孔平面分布图。精选钻孔：对初选孔进一步合理的取舍，形成精选钻孔平面分布图（骨干钻孔）。标准孔网：精选的第四纪地质、工程地质、水文地质钻孔根据其研究程度进一步分为两组，其中一组用作标准孔，与新布置的标准孔构成标准孔网；另一组为骨干孔，参与孔间地层对比与建模。,孔间地质层对比及建模,孔间地质层的对比以第四系结构框架为基础，根据第四系标准孔综合地层柱的基本格架，分别建立工程地质层、主含水层地质（孔）柱，并进行建模孔工程地质层与主含水层的孔间对比。,第四系三维地质结构建模,在标准孔综合研究的基础上，对第四系钻孔进行详细划分与对比，孔间地层对比与地质界线勾绘，要注意综合分析不同时期海平面升降变化与陆域空间延展规律，要兼顾并利用工程孔的物性特征参数以及工程地质层与第四纪地层的相互关系。编制钻孔地层柱状对比图和纵横向主干剖面图，依据第四纪地层结构、沉积相组合、成因类型进行地层分区，建立分区综合地层划分标准柱以纵、横向第四纪地质控制剖面为基础，构建第四系三维地质结构模型。,根据工程地质层特征、结合第四纪地层分区进行工程地质分区，建立分区工程地质标准柱。详细划分工程地质单元（层组、层、亚层）。进行孔间工程地质单元对比，编制工程地质（主干）剖面，以纵、横向系列工程地质剖面为基础，构建三维工程地质结构。,三维工程地质结构建模,三维水文地质结构建模,在水文地质标准孔综合研究的基础上，结合第四纪地质结构、工程地质结构特征，对水文钻孔进行详细的含水层划分，建立水文地质标准柱。进行孔间水文地质单元对比，编制纵、横水文地质结构主干剖面，以纵、横向系列水文地质剖面为基础，构建三维工程地质结构。,杭州城市地质调查中工程地质工作情况,采用现代勘查技术方法与手段，结合第四系对比孔的研究，建立了杭州城市平原区工程地质结构单元划分方案，包括10个工程地质层组和22个工程地质层；利用不同工程地质层的组合特征、力学参数等，建立了工程地质层层序，划分了工程地质结构分区；系统厘定了杭州市主要软土层、砂土层及工程建设基础持力层的埋藏分布情况，在城市主要功能区构建了不同精度的三维工程地质结构模型；查明了场地土类型和场地类别，对城市建筑场地稳定性及建筑抗震稳定性进行了分析评价。利用工程地质、水文地质结构数据及遥感信息反演判别，对杭州市平原区地下空间资源利用适宜性进行分区评价。成果对城市规划、重大工程建设的选址与施工、工程勘察设计等具有科学决策与实际指导意义。,杭州地铁一号线湘湖区块工程地质条件,杭州三维工程地质结构模型,杭州三维工程地质主要土层结构与空间分布,地铁1、2号线工程地质条件,杭州市饱和砂土液化趋势图,杭州城市建筑场地稳定性分区图,杭州城市建筑抗震区划图,杭州城市建筑场地适宜性评价图,杭州城市地下空间资源利用适宜性综合分区图,杭州市工程地质结构分区图,二、城市岩溶地质调查,城市地区发育的岩溶地貌既是一种地质旅游资源，又是潜在的地质灾害，尤其是覆盖型岩溶对城市建设的安全性带来严重的隐患。我国城市地质调查中的岩溶地质调查及评价方法处于探索阶段，目前尚缺技术规范与工作指南。基本思路：以查明城市区岩溶地质特征、岩溶塌陷重点区的稳定性评价为目标充分利用前人资料，采用补充调查、重点解剖、综合分析评价相结合的工作方法，提高了区域岩溶地质调查与岩溶塌陷预测的研究程度。,裸露区岩溶地质调查,裸露区以地质调查为主，采用实测与修测相结合方法。在构造复杂的重要区段，进行构造剖面与观测点详细研究，着重查明岩溶地质背景条件、主要岩溶带空间分布、岩溶地貌类型及特征。研究内容包括：岩溶地貌特征岩溶发育区各类构造要素的几何特征和破裂构造的结构特征岩溶地貌与构造（褶皱、断裂、节理、劈理、裂隙、层理）的关系。编制岩溶地质图，充分反映岩溶区详细的地质构造特征、灰岩地层的岩性分布及与岩溶发育程度关系密切的溶洞、岩溶泉水、地面塌陷分布等内容；分析、判断相邻覆盖岩溶区的构造格架与碳酸盐岩地层的空间展布格局。选择地表、地下岩溶发育的区段，按不同碳酸盐岩类与岩溶发育特征，对典型的岩溶地貌、古溶洞，进行形态特征、成因研究。,覆盖区岩溶地质调查,采用地表调查、工程物探勘查及钻探验证等方法开展调查与评价工作。收集以往岩溶塌（沉）陷引起的地面变形记录资料，如时间、地点、塌陷坑几何形态、规模、空间展布，对已有岩溶塌陷点进行现状调查。调查覆盖区漏斗、洼地、槽谷等地面变形和浅部岩溶的形态规模、空间分布及发育程度，研究覆盖层厚度变化与地面形变、土洞的对应关系。收集岩溶区历年地下水开采、的水井监测数据和资料，分析地下水水位变化与岩溶塌陷的相关性，编制地下水位变化与岩溶塌陷相关分析图。收集覆盖型岩溶分布区的工程钻孔、物探及水文地质资料，编制钻孔平面分布图、钻孔柱状对比图；结合基岩区的地层、构造格架特征，以及裸露区岩溶带的延伸，厘定覆盖区灰岩的空间分布边界、基岩面形态，推测地下隐伏岩溶带的可能空间分布与发育程度，编制大比例尺岩溶地质图，重点反映岩溶区地质构造特征、碳酸盐地层的分布状况，与岩溶发育程度关系密切的溶洞、地面塌陷、土洞、岩溶泉水分布，以及推测的覆盖型岩溶分布区。,覆盖区岩溶物探勘查及钻探验证,物探勘查物探方法是覆盖型岩溶地质调查的重要手段，通过物探方法可以获得灰碳酸盐岩分布区岩溶等不良地质体的空间展布特征资料。物探勘查一般应在面上调查基础上，部署在推测的覆盖型岩溶分布区中，以剖面法进行勘测岩溶物探勘查可采用浅层地震法、地震映像法、高密度电阻率法等多种物探勘查方法，经试验表明，高密度电阻率法在岩溶勘测中效果相对较好。一般情况下，碳酸盐岩与第四系松散层的电阻率差异较明显。当第四系内部土洞发育时，可形成相对高阻异常；灰岩内部发育岩溶（洞），并有充填物时，可形成相对低阻异常；断裂带位置易形成溶蚀，而使得断裂带与上、下盘围岩存在电性差异。钻探验证覆盖岩溶区钻探目的是对物探解释推断成果进行验证，确认隐伏溶洞的空间位置与大致规模。并通过印证，总结岩溶区物性数据特征及变化规律，更有效地利用物探断面进行岩溶带的推断。,高密度电阻率断面图电阻率断面图显示两个电阻率低值区，结合测线上钻孔资料，可以确定为上古生界石灰岩组成的基岩面起伏，平均埋深约17m左右。有两个地下溶洞发育区。其中一个深度在1320m附近的区域。另一个深度在18m以下的区域。,高密度地震映像法在岩溶地质调查中的应用,杭州超山2号测线高密度电法电阻率断面图在剖面070m区域存明显的低电阻异常，36m以上的区域电阻率低，推测为池塘水浸湿土体引起；36m至45m厚度不到10m左右的区域电阻率突然递增，横向差异也较大，推断为顶板塌陷的溶洞或溶槽。经钻探验证，存在长70m、高6m左右的溶蚀空间，充填的是残积蚀余红粘土。,覆盖型岩溶稳定性评价,杭州城市地质调查为针对西湖及周边地区岩溶地面塌陷的危险性评价，探索性地开展了覆盖型岩溶稳定性评价的方法试验，取得了一定的效果，现作一简单介绍。基本思路在基本查明岩溶塌陷控制因素的基础上，应用数理统计与分析理论，在GIS三维可视化平台与Mapgis平台的支持下，通过对众多属性数据整理、分类与分析研究，采用模糊层次分析法建立岩溶地面塌陷区划模型，利用区划模型实现覆盖型岩溶分布区的稳定性评价。主要方法通过层次分析法获得各因子层的重要度，通过决策评价系统中的专家评判法获取各评价因子的最优权值，用模糊集方法，确定各定性指标和定量指标的隶属级别，利用空间叠置分析方法完成岩溶地面塌陷危险性分区图。,确定评价因子应用层次分析法，确定影响岩溶地面塌陷的目标层（A）、条件层（B）和因子集（C）目标层A，即岩溶塌陷危险性等级；条件层B=岩溶条件，覆盖层条件，构造条件，水条件，地形地貌条件；因子集C=岩溶地层，岩溶发育程度，土层厚度，土层岩性，土层结构，距褶皱距离，距断层距离，断层性质，地下水面与基岩面距离，地下水位变幅，地下水径流强度，距地表水体距离，地貌单元。评价因子的等级划分和取值根据影响岩溶地面塌陷因素和作用，将因子集中的每个因子等级划分为稳定级、基本稳定级、次不稳定级、不稳定级、极不稳定级，按对塌陷危险性贡献的大小分别按1、2、3、4、5分，给单元中各单因子赋予分值。评价方法,西湖周边地区分布9个岩溶发育带,查明了岩溶发育特征和岩溶塌陷的基本类型和特征，以及隐伏岩溶发育带埋藏深度。,西湖地区岩溶塌陷稳定性分区图,三、城市环境地球化学调查,我国目前开展的城市环境地球化学调查和评价是在1:25万多目标地球化学调查基础上，依据城市所存在和面临的环境地球化学问题，开展环境地球化学评价工作。城市环境地球化学调查不完全等同于多目标地球化学调查，在调查内容、评价方法、关注重点上均有一定的差异。城市环境地球化学评价内容主要是查明异常元素来源、追踪异常元素迁移途径、评价异常元素生态效应，预测生态系统安全性变化趋势，并对可能发生的生态危害事件进行预警，为城市的发展规划提供依据。,城市环境地球化学研究简史与发展趋势,城市环境地球化学是在环境地球化学基础上发展起来的。环境地球化学是20世纪60年代兴起的一门新的研究领域，经历了近50年的发展时间。但直到20世纪80年代初期，才由英国人桑顿（Thornton.I）提出了城市地球化学的概念，90年代初期“城市地球化学（UrbanGeochemistry）”一词才在文献中出现，并将其描述为应用环境地球化学研究城市污染。城市地球化学概念出现之后，涌现了大量的城市地球化学的研究成果，并已成为城市环境研究的重要方向。1990年以来，英国已开展了20多个城市的地球化学基准调查；德国开展了柏林市的环境地球化学研究，通过采集4千多件表层土壤样品和11个主量元素和41个微量元素的分析，提供了柏林地区的环境地球化学图、查明了该区的地球化学状况和特征、评价了污染状况和潜在的承载力等；前苏联系统开展了城市的生态地球化学填图，挪威、瑞典以及美国的部分城市、泰国曼谷、西班牙塞维利亚和马德里、意大利那不勒斯、越南岘港、中国的香港也开展了城市环境地球化学调查和研究工作。,目前，在国外城市环境地球化学研究中，比较注重如下几方面的研究：城市土地资源可持续管理：测定土壤、植物、水体中50种宏量和微量元素，包括测定多氯联苯及衍生物（PCB、PCDD、PCDF）、滴滴涕（DDT）,苯系物（BTEX）,可吸收卤化物（AOX）和酚类有机污染物。获得自然地球化学背景及人为叠加量，制作土壤污染指数图，通过数据资料的单元、多单元统计分析研究来源、解释成因，建立环境评价模型，确定地区法定限量值（即人体摄取、植物摄取的限制值），以GIS专家系统评估土地利用、开发、建设的地球化学资料，根据不同单元/介质（土壤、指示生物、颗粒）的对比研究，构建地质、环境地球化学信息系统进行地质和环境风险预测。城镇气候排放影响：利用树皮生物监测法研究城市地区气体排放对空气质量的影响，在都市区内采集受大气污染影响的外层树皮，分析55种无机元素、多环芳烃（PAHs）、Pb同位素比值、总S、S同位素、总N、二恶英、呋喃，按种属计算标准化树皮浓度，评价地球化学基线分布，计算树皮中排放负荷、树皮的空气质量指数，评价污染物有效量，并与土壤、颗粒物及其指标生物的污染调查结果进行对比。,饮用水可持续供给城市地区地表水、地下水污染评价，水质评价研究地表、地下水无机、有机、放射性污染物来源，污染扩散分布规律，进行水质分类评价，制作水质图；地下水监控；建立地下水监控网，编制地下水污染分布图，研究饮用水中污染物控制技术，制定水质评价要求，水量平衡（水源）和水管理计划，研究城市地区饮用水供应的能量平衡。及供水网络和污水处置方案。垃圾与废弃物管理采用地球化学、地球物理方法调查及垃圾堆放场的污染现状，采集土壤和地下水样品，分析无机和有机物污染物，进行地下水风险，土壤污染，污染扩散评价，建立土壤、地下水测量系统，以及污染物扩散评价模型。,近年来的国内外城市环境地球化学调查和评价中，重金属元素污染成了关注的焦点问题。这是因为：城市环境中的污染物多种多样，既有有机污染物亦有无机污染物。有机污染由于其表观具有显见性和环境危害的速效性，易于被人们及时发现并采取相应的防治措施。无机污染，尤其是重金属元素的污染由于具有明显的隐蔽性和生态危害的滞后性，常常被人们所忽略。重金属元素污染对生态环境的危害性并不亚于有机污染，重金属污染具有累积性，一旦其危害性显现，几乎无法挽回，后果极其严重。研究的重点是：有毒有害元素来源、组成、分布、分配特征及其迁移累积过程以及循环转化机理等对有害元素存在方式、影响途径及危害程度进行生态地球化学分析评价。重点围绕城市土壤、大气、水体污染的来源以及有毒有害元素在气-土-水-生物系统中的迁移、转化和累积的地球化学过程。,城市是人类活动最频繁的地方，一般可将城市划分为：居民聚居区、商业繁华区、公园休闲娱乐区、交通密集区和工业分布区等不同的功能区。城市主要功能区的环境状况主要反映在土壤体系（以绿地土壤为主）、水体（以城内大小河流为主）、大气体系和城市植物体系（包括树木、草地和苔藓地衣等）。城市环境地球化学调查应根据城市不同功能区环境质量影响因素的差异，确定调查评价的重点。开展多介质环境质量调查和研究，揭示城市环境现状及其发展趋势。,城市环境地球化学调查的目标和任务,城市环境地球化学调查工作涉及的内容较多，中国地质调查局制定的城市环境地球化学调查与评价工作指南中已有明确规定，明确了城市环境地球化学调查的目标任务是：通过多介质（水、土、大气降尘、生物、水体底积物）地球化学调查评价，查明了城市环境中元素地球化学基准值和背景值，应用介质矿物组成-元素组合-元素相关性分析-同位素示踪技术对不同功能区大气、土壤、水中污染物来源进行分析研究，揭示城市环境系统中污染物迁移转化规律、演化趋势和生态危害性。为城市土壤环境保护与污染治理、城镇发展规划与经济结构调整、促进社会经济可持续发展服务。调查方法以传统勘查地球化学方法技术为主，同时辅以同位素测年和示踪等方法技术。采样介质除常规的岩石、土壤、水、水系沉积物外，还采集大气、江河悬浮物、生物、湖底和浅海沉积物等。下面主要介绍城市绿地环境地球化学调查的有关思路,城市绿地环境地球化学调查,城市绿地泛指城市中的各种绿化区绿化带如城市公用绿地、道路绿地、居住区绿地、专用绿地及隔离片林等。城市绿地作为城市环境的生物过滤器，被赋予城市氧吧之美称，是城市重要的环境单元，它的环境质量状况是决定一座城市总体环境质量水平的重要因素，对城市环境评价是不可或缺的。总体思路是：通过不同功能区主要绿地类型的土壤、空气、环境指示植物（苔藓）及街道尘埃的环境地球化学调查评价，揭示城市绿地的环境状况。,城市绿地土壤样品采集城市主要绿地土壤样品按照1:10000网格化布置面积性采样点，同时部署采集大气、植物等样品的。样品要求既具有典型性又有充分的代表性。因城市绿地土壤大部分为回填土，为保证所采集的样品能满足研究要求，采样前进行充分踏勘，确保采样点满足（1）回填时间足够长（三年以上）；（2）同一次回填土的土层厚度须大于50cm；（3）绿地土回填后不再受到人为翻动的条件。土壤样品采集为浅层和深层两层土样，浅层土样采集深度0-5cm，深层土壤采集深度-15-20cm。根据国内外的研究经验，外源的重金属污染物对城市绿地土壤的影响深度以0-10cm为主，因此，表层土壤采集深度以10cm为宜，而深层以30-40cm为宜。分析主要重金属元素的形态分布特征，以便了解绿地土壤中重金属元素的地球化学活性及其潜在生态危害性。,城市绿地植物样采集在绿地植物中，苔藓是最敏感的环境指示植物之一，它的叶只有一层细胞，有毒气体可以从背、腹两面侵入叶细胞，具有很强的吸附和保留重金属的能力，其对大气环境的敏感程度是种子植物的10倍，利用苔藓植物可以监测指示大气污染，识别污染源，揭示大气沉降随时间的变化规律，并