上海海岸带地质工作主要成果与应用

黎 兵，严学新，何中发，史玉金

（上海市地质调查研究院，上海 200072）

上海城市地质工作起步于上世纪20年代，历史悠久，取得了较为丰富的成果，在成果和应用上得到较广泛的社会认可[1]。上海近岸海域的地质工作，近年来也得到快速发展，积累了大量地质资料，在基础地质、水工环地质和地质环境监测上取得了大量成果，在城市规划、土地规划和重大工程管理等领域得到一定应用。近10年来，作者一直参与组织开展上海海岸带地质工作，本文通过对近年来上海海岸带地质工作成果和应用现状进行的梳理，以期为上海市更多单位的应用提供线索，为其他沿海省市开展海岸带地质工作提供参考。

1 上海海岸带地质工作历程

上海海岸带地质工作始于上世纪50年代，但该阶段地质资料少且零散。上世纪80年代以来，上海海洋地质调查局、中国科学院海洋地质研究所、华东师范大学、上海市水文地质工程地质队等单位先后开展了地质调查和研究工作，但受到技术手段限制，调查数据质量可利用程度较低，且长江口拦门沙地区资料较少[2]。2004年以来，上海海岸带地质工作进入快速发展时期。依托“上海市三维城市地质调查”、“上海市地质资料信息服务集群化和产业化工作三年行动计划”、“长江三角洲海岸带综合地质调查与监测（上海海岸带地质调查与监测预警示范）”等项目[3-6]，通过构建“上海市三维城市地质信息系统”[7]，上海海岸带地区积累了丰富的地质资料信息，形成了大量基础性和应用性成果图件。针对地质环境演化、滩涂资源潜力评价、人类活动影响和监测体系构建等方向编制了系列研究报告。此外，在数据公开共享和社会服务方面进行了一些有益的尝试。

2 上海海岸带地质环境监测工作

系统的地质环境监测工作始于2009年，并延续至今，每年开展。主要监测内容包括上海近岸海域全区和重点区潮滩和水下地形、重点地区水下地形底质表层沉积物综合剖面，以及海堤沉降等内容。

全区潮滩和水下地形监测为在收集实测年同月监测数据的基础上，每2年开展一次，其它工作均为每年开展，测线间距和海堤沉降监测点间距均为1-2km[8]。为便于数据对比，除2009年是9-10月外，其它年份监测时间均为5-6月。重点区水下地形监测工作主要选择重大工程分布区周边水域，包括青草沙水库周边的长江口南支北港、南汇东滩和东海大桥周边海域、金山石化周边的金山深槽附近海域。水下地形底质表层沉积物综合剖面主要部署在崇明东滩、横沙东滩、九段沙、南汇东滩、杭州湾北沿等重点滩涂和工程分布区，为便于数据重叠对比，2012年后综合剖面-5m水深线以深水域均采用多波束施测。另外，在黄浦江长江交汇口附近、青草沙水库入库和出库水闸附近、大港垃圾场附近、上海石化基地附近等环境敏感的近岸地区开展了底质表层沉积物地球化学监测。地形监测技术根据高程不同主要采用RTK人工跑滩测量和单波束测深，数据处理利用了广泛分布于上海近岸海域的固定潮位站，并根据需要补充了人工验潮站布设。表层沉积物监测主要采用抓斗取样器，采集并保存了表层20cm以内的样品。海堤沉降监测范围从上海陆域逐步覆盖全市（包括崇明三岛）海堤，部署监测点均为潮滩监测断面起点。为识别区域性地面沉降影响，海堤沉降监测点靠陆一侧100m内部署了一个地面沉降监测水准点，利用广泛分布于全市的基岩监测标作为起算点采用国家二等水准测量标准施测。

图1 上海海岸带地质环境监测工作部署图Fig.1 Deployment of coastal geological environmental monitoring in Shanghai

3 上海海岸带地质工作主要成果

3.1 实现了地质资料的集成

上世纪80年代以来，上海近海陆域水工环地质调查精度较高，总体达到1:5万。近岸海域调查精度较低，长江南支和拦门沙地区分别开展了1:10万工程地质勘察和浅地层剖面调查，长江口外和杭州湾北岸除了零星的工程地质勘查外，调查精度较低。2004年以来，通过开展系列地质调查项目，调查精度大幅提升，区域调查精度达1:25万。地质环境监测自2009年后持续开展，区域水下地形监测精度达1:10万-1:15万，积累了包括水下地形、浅地层剖面、单道地震、底质沉积物、地质浅钻及沉积物测试数据等大量数据成果（表1）。

通过建立“上海市城市地质信息系统”，并对开展的地质调查和监测数据进行动态更新，完成了上海海岸带地质基础数据的集成，包括表层和柱状沉积物及地质浅钻实物样品和测试数据、单道地震和浅地层剖面探测数据、不同年份区域、重点区、综合剖面潮滩和水下地形及变化数据、不同年份潮位观测数据、海堤沉降监测数据等大量数据。为便于数据管理，通过统一各类数据标准，所有收集和野外采集的电子数据均已进入“上海市三维城市地质信息系统”，该系统也提供了三维模型构建、潮位改正等数据处理和分析功能。所有实物样品经包装或处理后在岩心库进行了妥善保存。基础数据的积累为深化研究和成果应用奠定了基础。

3.2 编制了大量基础性和应用性成果图件

海岸带成果图件的编制总体遵循 “科学”、“及时”、“直观”和“海陆统筹”的原则。

表1 近年来上海近岸海域地质调查工作主要项目和数据成果Table 1 Main geological projects and acquired data of the research area in the past years

图2 上海近岸海域1:25万地质调查工作程度Fig.2 Finished geological survey of the research area scaled to 1:250,000

“科学”是图件编制过程中数据处理的首要原则，要求成果图件尽可能客观地反映数据背后的信息。因此，除了通过软件插值生成各类图件，探索新方法和人工干预成为必需环节。如海陆一体地形图的编制过程中，由于陆域高程（上海吴淞基面）和海域高程（理论最低潮面）基准的不同，需要先识别二者关系，构建海域吴淞基面-理论基面的关系曲面，同时补充海岛、海堤、水库等约束条件，才能实现二者数据的统一，达到科学表达的目的。此外，地形图、地层厚度图各类等值线绘制也需通过人工干预形成手绘等值线作为约束的基础上成图。

“及时”代表利用最新数据成果以反映最新地质现象和特征，也利于实现海陆界线的统一和数据成果的有效应用，如遥感影像、地理底图等编制均利用2017年数据，海域底图统一采用最新的监测结果绘制形成，对滩涂规划、港口航道评价等更具参考价值。

“直观”代表在图件编制过程中尽可能简化图面信息，同时尝试利用新方法进行表达，更易于成果理解和应用。如金山深槽海域开展了全覆盖多波束监测，但利用Surfer或ArcGIS软件编制的传统水深图和三维图难以反映其细微信息，而利用Global Mapper软件重新成图则清晰揭示了明显的侵蚀陡坎和丰富的微地貌信息，为后期海底滑坡和海床稳定性研究工作提供了直接的证据。

“海陆统筹”是中国地质调查局近年对海岸带地质工作的新要求，代表了全国海岸带地质工作的重要方向。由于陆域和海域工作程度、人类活动影响程度和相关技术标准等方面的显著差异，“海陆统筹”也成为当前海岸带地质工作亟需攻克的难点。基于有限实践和探索，我们认为对浅部和深部地层可通过统一钻孔选取、编录、分层和测试要求等实现“海陆一体”。更大的难点在地表信息的一体化，包括地形、沉积物类型和地球化学等图件。从陆海成果的“机械隔离”到二者的“有机整合”，除了采用前述通过基面关系曲面构建陆海关系之外，还需突破现有技术标准的限制，重点在岸线附近将两侧信息进行对比并将相近信息用统一颜色表示。为了避免牺牲成果图件科学性，在花纹和图例上应明示陆海区别。

编制成果图件总体分为基础性和应用性图件两类（表2）。其中，基础性图件包括基岩地质、第四纪地质、工程地质和海岸带侵蚀淤积等类别。应用性图件包括地质资源和地质环境系列图件，重点结合土地规划、环境保护、海洋功能区划和重大工程管理等应用需要[9]。这些成果图件的编制对深化长江口现状和演化过程的理解、实施地质资源环境承载能力评价和上海近岸海域科学规划提供了科学依据。

3.3 深化了地质环境现状和过程的理解

通过多个项目和专题研究成果编制，提升了对上海海岸带地质环境现状和过程的认识水平，包括潮滩和水下地形演变规律、表层沉积物分布和环境质量、第四纪地质和工程地质结构、工程地质和环境地质问题、古环境演变过程、基岩地层和构造特征、海堤沉降规律和机制、人类活动影响等方面。同时，构建了上海海岸带地质环境监测体系，为上海海岸带常态化监测指明了方向。取得的主要研究成果见表3所示。

表2 近年来上海海岸带主要成果图件Table 2 Main production maps of the research area in the past years

4 主要成果应用情况

关注成果应用是上海市地质工作的特点，2002年出版的《上海市地质环境图集》[10]，为城市规划、建设和管理提供了有力支撑。2010年出版的《上海城市地质图集》[11]，大大丰富了城市地质和海岸带地质成果。之后随着“上海三维城市地质信息系统”的建设、“上海市地质资料信息服务集群化和产业化工作三年行动计划”的实施和上海城市地质工作应用领域的拓展，上海海岸带地质工作的应用程度也日益提高[12]。上海海岸带地质成果应用主要表现在以下三个方面：

（1）数据公开和共享。通过建立“上海地质资料信息共享平台”（http://www.sigs.com.cn），并依托“上海研发公共服务平台”，基本实现了上海海岸带地质数据的分级公开和共享。公开的海岸带地质资料包括元数据、地质图和三维模型等类型，具体包括水下地形、表层沉积物、潮位观测数据、海堤和地面沉降、地质钻孔、地质构造和滩涂资源等数据和成果。2012年后将上海海岸带地质环境监测成果整合进《上海市地质环境公报》并定期发布，进一步实现了成果资料的动态公开。2017年开始，在“上海市地理国情监测平台”的“地表覆盖”类数据中补充了水域地形数据，实现了上海近岸海域水下地形数据的共享和定期更新。

（2）服务于城市规划。为上海城市总体规划、上海市土地利用总体规划和上海市海洋功能区划提供了上海近岸海域水下地形、滩涂资源数量与质量、滩涂资源潜力、地质资源环境承载力评价等地质成果，为上海市城市安全、土地利用、滩涂资源开发、海洋产业发展与海洋环境保护提供了决策支持。

（3）服务于重大工程安全管理。利用海堤沉降、近岸侵蚀淤积变化规律、水下岸坡坡度和海堤沿线工程地质条件等指标，定期针对全市一线海堤安全开展地质环境综合评价，并提供给海堤和相关工程管理部门，为海堤和工程维护和安全管理提供了科学依据，节约了工程维护成本。

表3 近年来上海海岸带地质工作主要研究成果Table 3 Main geological research results of the research area in the past years

5 展望

目前，通过开展“地质工作服务城市发展战略研究”，基于各类海岸带地质数据和成果，上海市已进一步明确未来海岸带地质工作成果服务领域和方向，包括城市规划、土地管理、工程建设、城市安全和科普宣传等，并明确了不同领域在不同阶段对地质工作的需求和服务成果清单，为上海海岸带地质成果更广泛地服务社会发展开辟了全新的途径。

参考文献(References)

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[10]上海市地质调查研究院. 上海市地质环境图集[M]. 北京:地质出版社,2002.Shanghai institute of geological survey. Geo-environmental atlas of Shanghai[M]. Beijing: Geological Publishing House, 2002.

[11]上海市地质调查研究院. 上海城市地质图集[M]. 北京:地质出版社,2010.Shanghai institute of geological survey. Atlas of urban geology in Shanghai[M]. Beijing: Geological Publishing House, 2010.

[12]王军. 上海地质资料信息多元化服务现状与发展思考[C]//华东六省一市地学科技论坛,2015.Wang J. Situation and perspective of diverse services of Shanghai’s geological information[C]//Geological Science and Technology Forum of Eastern China, 2015.