兰州主要城市地质环境问题探析

刘延兵 丁仨平

摘  要：兰州市城市地质调查研究处于起步阶段，随着城镇化进程加深，围绕兰州城市规划建设、运行、转型升级、选址布局、防灾减灾、美化环境等所亟需的自然资源与城镇化进程中面临着各种生态环境问题（“城市病”），通过对以往资料进行分析梳理、相关数据进行统计整理等方法，得出兰州主要城市地质环境问题，为城市地质灾害频发、地下水污染较为严重、局部存在土壤污染等问题。为此，建议尽快开展兰州市城市地质调查工作，为兰州市城市发展推动，提供助力、制定地方经济发展规划、促进区域经济可持续发展和保护地下水资源提供科学依据。

关键词：兰州;城市地质;生态环境;问题探析

中图分类号：X141     文献标识码：A     文章编号：1007-1903（2018）04-0008-06

0 引言

1999年实施国土资源大调查以来，完成了306个地级以上城市地质环境资源摸底调查以及上海等6个城市三维地质调查试点，建立了三维可视化城市地质信息管理决策平台和面向公众的城市地质信息服务系统。与地方政府合作，推广试点工作经验。完成了福州等35个城市地质调查工作。2010年以来，为服务国家区域战略和主体功能区划的需求，以城市群为单元，推进综合地质调查，组织开展了京津冀等重点城市群综合地质调查工作。瞄准国家重大需求，强化精准服务。打破专業界限，创新成果表达内容和方式，编制了一系列国土资源与环境地质图集、对策建议报告，在服务城市和城市群的空间布局、产业发展、生态环境保护、重大地质问题防治等方面发挥了重要支撑作用。2017年9月6日，原国土资源部印发《关于加强城市地质工作的指导意见》[国土资发〔2017〕104号]明确提出了城市地质工作总体要求、总体目标和主要任务。2017年11月原国土资源部中国地质调查局发布了《城市地质调查总体方案》（2017—2025年），对我国下阶段城市地质工作做了详细的工作部署。

取得的工作经验：城市地质工作向服务于城市规划、建设、运行、管理的全过程转变，构建了地质工作服务城市规划管理的常态机制，实现了地质调查成果服务融入政府管理主流程;探索了国土资源部中国地质调查局、省级国土资源主管部门、城市人民政府等三方合作的有效机制;增强了城市地质在国家重大战略实施中的基础支撑作用和决策建议话语权。城市地质调查技术要求逐渐得到规范，形成了以一模（三维城市地质结构模型）、一网（地质环境监测预警网络）、一平台（综合地质信息服务平台）为主体的技术方法体系，发布了城市地质调查行业标准。

兰州城市地质调查工作远远落后于我国其他城市，仅仅是起步阶段。20世纪80—90年代开展过较为系统的以城市供水水源地勘查为主的工作，也开展了主要以基础地质调查为主的个别城市（兰州市的J48E024007西固城幅和J48E024008兰州市幅）1：5万图幅的“城市区域地质调查”项目;2000年以来，开展了兰州市城市环境地质调查评价、各县（区）地质灾害调查与区划等工作，初步查明了城市区水文地质条件及地质环境状况。2016—2017年，依托“丝绸之路境内段综合地质调查工程”开展了涉及兰州新区的3幅1：5万综合地质调查以及小范围的地质灾害、地下水、土地质量等少量专项调查工作。

1988年，完成的西固城幅、兰州幅城市区域地质调查工作是为适应城市建设按国际分幅开展的兰州市区城市地质工作，是兰州市第一代城市地质工作，收集了钻孔、地震等实际资料，开展了断裂构造等调查，进行了市区及外围稳定性调研，在一个阶段内为兰州市城市规划与建设提供了具有一定价值的实际资料。

2000年以来，兰州市完成了与城市地质系列报告有，《兰州市城区浅层地热能资源调查评价报告》《兰州市1：50万环境地质综合调查报告》《西北地区重要地质遗迹调查（甘肃）报告》《甘肃省土壤污染状况调查报告》《1：25万兰州—白银地区多目标区域地球化学调查》《兰州地质灾害详细调查报告》《兰州市区地质灾害调查与区划报告》《兰州市地下水功能区划分》《兰州市地下水开发利用及保护规划》《兰州市地下水资源综合规划地下水资源调查评价报告》《兰州市地下水超采区划定与评价》。这些报告对兰州市区域地质环境条件、城市水文地质条件、工程地质条件、环境地质条件及存在的地下水污染、地质灾害、地下水位上升、特殊岩土体、土壤污染等环境地质问题，对各类环境地质问题的形成、分布、发展趋势和危害程度进行了分析和论述。确定了兰州市城市地质资源有地下水、地下热水、地质遗迹景观、天然建筑材料、地下空间等，对各类地质资源的分布和特征进行了论述，概述了地质资源区域分布与开发利用现状。全面评价了地下水污染、土壤污染、地质灾害危险性、特殊类土体危险性、城市地质资源、垃圾场建设适宜性;在此基础上对建设用地、城市地质环境质量进行了评价。提出了城市环境地质问题的防治对策建议，对兰州市环境地质问题的防治有指导意义。提出了兰州市城市地质进一步工作的方向和建议。为兰州市系统开展城市地质工作奠定了基础。

总体而言，兰州市及兰州新区尚未开展系统的城市地质调查，对各类与城市地质有关的资料未进行集成。

1 研究区概况

兰州是甘肃省省会，所辖3县5区总面积13085.6km2，总人口366.49万。中心城区为城关、七里河、安宁、西固四区的部分地区，以及榆中县和平镇、定远镇和皋兰县九合镇的部分地区，面积688.9km2。形成了以石油化工、有色金属、机械电子等为主的工业体系，是中国西北地区重要的工业基地和综合交通枢纽，也是丝绸之路经济带的重要节点城市。

兰州市区南北群山环抱，东西黄河穿城而过，具有带状盆地城市的特征。由于“两山夹一河”的特殊自然和地理条件，发展空间十分有限，人口环境和交通压力巨大，严重制约着城市的发展。

兰州市位于我国陇西黄土高原的西部边缘与青藏高原的交接地带，根据《甘肃省地貌类型图》，该区所处陇东、陇西黄土高原区之陇西黄土丘陵中山山地亚区。城市区地势总体而言，南北高而中间低。南部为皋兰山等黄土丘陵，海拔1700～2500m;中部为黄河谷地，海拔1520m左右;北部为黄土丘陵及低中山，海拔多在1700m左右。根据地貌成因及形态特征，主要可划分为侵蚀堆积河谷平原（Ⅰ）、侵蚀堆积黄土丘陵（Ⅱ）、侵蚀构造低中山区（Ⅲ）3种类型，以前两者为主，多分布在西固、城关、七里河及安宁主城区。包括黄河Ⅰ—Ⅳ级阶地和漫滩，其中以Ⅱ级阶地最为发育，其次为Ⅰ—Ⅳ级阶地。各阶地在河流两岸呈不对称分布，阶地多呈陡坎过渡，但在城市区多为人工改造所夷平，地势低缓平坦（图1）。

2 区域地质背景

兰州地区出露地层由老到新依次为中元古代皋兰岩群、中二叠世大黄沟组、晚二叠世红泉组、早—中三叠世五佛寺组、中三叠世丁家窑组、晚三叠世西大沟组、晚三叠世南营儿组、早侏罗世芨芨沟组、中侏罗世龙凤山组、晚侏罗世新河组、晚白垩世河口群、古—始新世西柳沟组、渐新世野狐城组、中—上新世甘肃群。

兰州地处青藏高原东北缘与黄土高原的交汇部位，大地构造属北祁连山造山带与中祁连地块结合部，在漫长的地质演化过程中，区内经历了多层次、多旋回、多时代、多体制、多期次构造变形，多期构造的叠加置换，形成了复杂的构造变形式样。其地质演化最早可追溯到中新元古代，新元古代—早古生代，中祁连从华北板块南缘裂解，形成北祁连沟-弧-盆体系。至晚古生代以来发展为逆冲推覆造山，中新生代进入陆内演化，发生盆-山转化。总体看来，次级构造发育，主要发育有三组次级构造。

兰州地区火山岩主要集中分布于北祁连构造带的白银岛弧、了高山断裂构造混杂岩带及银洞沟弧后盆地单元，在中祁连构造带有少量出露。岩石类型齐全，从基性-酸性均有产出，按岩石矿物成分、结构、构造可分为火山熔岩、火山碎屑岩和次火山岩3大类。兰州地区侵入岩较为发育，主要分布什川一带，多侵入于变质褶皱基底地层中，隶属中祁连构造岩浆带和北祁连构造岩浆带，均为加里东中—晚期侵入岩，经历了奥陶纪和志留纪两个岩浆活动高峰期。主要岩石类型有二长花岗岩、花岗闪长岩、石英闪长岩、闪长岩，其中以二长花岗岩为主。兰州市主城区基岩主要出露在主城区北侧的安宁区北缘、白塔山、青白石东及主城区南侧的五泉山、伏龙坪一带，出露地层主要有中元古代皋兰岩群中深变质岩系、白垩纪河口群砂砾岩建造、古近纪西柳沟组、野狐城组及新近纪咸水河组，在主城区东端的杨家湾北侧出露有加里东中期的黑云母花岗岩侵入体。

根据地下水的赋存条件和含水岩组性质，兰州市区地下水类型为基岩裂隙水、碎屑岩类孔隙裂隙水和松散岩类孔隙水。

根据甘肃省工程地质区划，兰州市区属雾宿山、乌鼠山中山山地及陇西黄土丘陵较不稳定工程地质亚区。依据《岩土体工程地质分类标准》（DZ/T0219-2004）进行区域岩土体分类及其特征描述，区内岩土体划分为7类：卵砾石、粉土、湿陷性黄土、坚硬块状侵入岩组合、坚硬层状变质岩岩组;半坚硬块状火成岩岩组;半坚硬层状碎屑岩岩组。

3 主要城市地质环境问题分析

3.1 城市地质灾害

（1）兰州市地质灾害分布特征

经过调查，兰州市共确定地质灾害1156处，其中滑坡265处，占23.00%;泥石流225处，占19.00%;崩塌131处，占11.00%;不稳定斜坡534处，占46.00%，地面塌陷11处，占1.00%;地裂缝（群）1处，占0.09%（图2）。

全市1156处地质灾害中，市区510处，占43.00%;永登县236处，占20.00%;皋兰县85处，占7.00%;榆中县360处，占30.00%（表1）。

（2）兰州市地质灾害成因及分布规律

1）分布特点

滑坡、崩塌在区内呈带、成片分布，主要集中于伏龙坪、皋兰山北坡、盐场堡、五一山、徐家湾一带。受人类活动影响，削坡建房极为强烈的城区与城乡结合部一带以及绿化灌溉的南北两山周边滑坡、崩塌极为密集。与滑坡类似，区内崩塌也以土质崩塌为主，尤以黄土崩塌为甚，集中分布于河谷阶地前缘及黄土丘陵区的高陡斜坡地带。岩质崩塌主要分布于南北两山红层出露地段以及白塔山至沙井驿、七里河区、西固区南部山区一带的基岩出露段。

泥石流发育密度约为0.88条/km2，泥石流沟沿黄河及其支流雷坛河流域呈线状分布。区内86%的泥石流为沟谷型，坡面型泥石流集中分布在黄河北岸十里店一线。泥石流规模主要以小型、中型为主，泥石流物质类型中以泥石流、泥流为主，主要分布于南北两山的雷坛河、城关区的青白石东部、白塔山至沙井驿、西固、红古区的大部分地段。大型泥石流集中于西固南山一带，泥流主要分布于中北部及东南部的黄土丘陵区。

2）发育特征

①普遍性和不均匀性特征

市区的滑坡、崩塌、不稳定斜坡及泥石流等地质灾害分布非常广泛，几乎遍及全区。地质灾害在区域分布上和灾害类型的发育上呈现不同的差异性，同时存在一定的规律性。区域内以黄河河谷及其较大支流河谷区地质灾害点相对密集，其余地段相对较少。其次，在地质灾害类型上，滑坡、崩塌首先受地形条件控制，如黄河高阶地、黄土梁坡或较大沟谷的沟坡等高差变化较大的地带，是滑坡、崩塌最发育地段。泥石流分布受地层岩性的控制更为突出，岩土体相对破碎和易冲蚀土类分布区，泥石流灾害明显严重，如黄土滑坡非常发育的西固南山一带以及黄河北岸长城系变质岩强风化层发育的区域泥石流非常发育，而其它地区状况则明显要好。值得一提的是，市区地质灾害分布的不均匀性主要受人类经济活动的影响，城区南北山前削坡、加载、无序排水以及公路沿线的边坡区域是地质灾害的密集发育区。

②多发性特征

反复性：市区泥石流、滑坡、崩塌灾害都不同程度的表现出反复性活动特征，尤以泥石流最为明显。泥石流活动周期與降雨周期完全保持一致，凡区内较大的泥石流沟，均存在很大的反复性。

群发性：区内的地质灾害分布明显受地质构造的控制，地质环境条件差、断裂发育的地带地质灾害密集发育，一次大暴雨就能诱发数条泥石流发生，而在某段斜坡上发育数个滑坡的现象更不鲜见，有时由于多个滑坡的活动而很难分辨滑坡之间的界限，群发性特征十分明显。

突发性：据兰州市气象局对1980—2002年间的暴雨、强降水分析看，强度暴雨的日际变化明显，午后到前半夜出现强度暴雨的几率高达72.4%，后半夜至上午出现的几率较少，分别为15.5%和12.1%。可见，区内的暴雨多集中于傍晚或午夜，因而使得地质灾害发生时往往难以预防，因而更增加了灾害的突然性。这也充分解释了兰州市地质灾害灾害体规模较小，但危害重的原因。

周期性：区内滑坡多因降水和地震引起，泥石流则因暴雨引起，由于降水和地震活动都存在一定的周期性，所以滑坡、泥石流的发生也表现出周期性，特别是泥石流的发生与降水的周期基本一致，降水多的年份，泥石流的发生频率也明显偏高，而滑坡的活动，尤其是小型滑坡的发生与降水周期密切相关。统计发现，区内泥石流的发生存在着3～5年的短周期和15年的长周期。地震滑坡与地震周期也存在明显的相关性，这点在历史记载上得到印证。

（3）对城市规划建设影响及防治措施

①人类工程活动对区内地质灾害的影响最为强烈，主要表现为削坡、灌溉等活动引发地质灾害。应进一步宣传地质环境保护和地质灾害防治知识，提高群众地质灾害防治意识，并加强法规建设及规划的及时修订。

②兰州市区人口密集，90%的人口集中居住在兰州市城区及城区南北城缘，所以对于兰州市区的地质灾害的防治重点应放在城区地质灾害易发地段，对地质灾害易发区段实施土地开发，在开发中消除或治理了灾害隐患，居民可以就地安置，同时可带来极大的社会经济效益，在实施开发性治理后，可提供出大量适宜于建设的土地资源，可通过招商引资等多种形式实施开发。本次针对城区目前存在的稳定性差的灾害隐患分布区域，结合兰州市“十三五”地质灾害防治规划提出的规划点，对伏龙坪土桃树坪、华林坪、彭家坪等区域，规划实施工程治理，以满足建设规划需要（甘肃省地质环境监测院，2013年）。

3.2 水土环境问题

（1）地下水污染

兰州市区地下水优良水、良好水、较好水、较差水和极差水均有分布：优良水主要分布于崔家大滩;良好水主要分布在三滩水源地，断陷盆地南部山区、雁伏滩以及五泉山一带;较好水主要分布于三滩水源地、断陷盆地南部山区、雁伏滩以及五泉山一带;较差水分布于崔家大滩、迎门滩、马滩—小西湖—中心坪和城关区东部一带;极差水分布于西固、迎门滩北部、中心坪和城关区一带（甘肃省地质环境监测院院，2007年）。

兰州断陷盆地范围内分布有大小排污沟渠6条，污水汇集地2～3处。如崔家大滩西侧集水洼地和兰石厂郑家庄集水洼地等，这些沟渠和集水洼地的污水大量渗入地下，使地下水中部分常量离子含量增高和某些有毒组分的检出（甘肃省地质环境监测院，2008年）。

兰州“三滩”水源地处于傍河的低阶地地带，地层单一，多为卵石层，上覆较薄的粉土或裸露，防污染能力较弱。另一方面，兰州市对供水水源缺乏统一管理，把工业废物和生活垃圾倾倒在水源地附近，这些固体废弃物在降水的淋滤下，某些有毒物质或组分被淋溶渗入地下，污染地下水（孙於春，2015年）。近十年来，兰州国民经济快速发展，城市规模不断扩大。由于城市建设用地，使“三滩”水源地面积由原来的17.8km2缩小为13.4km2，马滩水源地目前已停止使用，地下水供水能力减弱（周斌，2012年）。这一问题应引起有关部门的高度重视，加强对“三滩”水源地的保护工作，使其更好地为国民经济发展服务。

（2）土壤污染

兰州市土壤污染异常主要分布在兰州市及其周围，污染区的元素组合为Cd、Pb、Zn、Hg、Cu、As、Ag、Al2O3、Cl、S、P等。其中以Hg、Cd、Cu、Pb、Ag等重金属异常明显。兰州污染区1：5万表层土壤重金屬Hg、Pb、Sb、Ag、Sn、P、Bi、Cu、Se、U均值高出全区1～3.39倍，尤其是Hg元素高于全域平均值3.39倍（甘肃省地质调查院，2009年）。

通过对兰化工厂及其家属院、热电厂及其家属院、塑料厂、兰化厂、一毛厂、万里机电厂、二热电厂、机床厂、公交公司、学校、饭店、居民小区及医院等进行大气扫尘采样。结果显示在兰化厂及其附近采集的13个扫尘样来看，Hg最高值达到1070ng/g，均值达到304.46ng/g;Cd最高值1.86 ug/g，均值达到1.32 ug/g;Zn最高值达到852 ug/g，均值439 ug/g; Sb最高值19.4ug/g ，均值9.61;Pb最高值396ug/g，均值263.55ug/g ;Zn最高值852 ug/g，均值439 ug/g。在所采集的样品中Hg、Cd、Cu、Zn等元素超标污染，Ag、Sb等大多数样品也超标，说明兰化厂、兰炼厂排放的大气已污染了周围的环境，且十分严重（甘肃省地质调查院，2009年）。可以看出金属元素多普遍超标，工厂企业、燃料燃烧（燃煤）、汽车尾气、居民生活区等可能是大气降尘污染来源的主要原因。

在兰州市西固区农产品中污染风险较大的重金属元素主要有Hg、Cd、F、As、Pb、Zn、Ni。作物重金属含量与作物类型及品种有关，生长产出于自然环境中的农作物，其可食部位元素除了部分来自于根系吸收外，相当部分来此大气污染，是影响作物对重金属吸收积累率的重要环境土壤因素，从而影响到农产品安全质量。西固区部分地区出现蔬菜超标，而其它区未发现植物样严重超标现象。

综上所述，兰州市土壤污染现状不容乐观。

4 结论

通过对兰州市城市地质环境问题梳理，认为兰州市主要存在城市地质灾害频发、地下水资源污染、局部土壤污染等问题，以往调查范围多集中在城市中心城区，未能覆盖城市规划区，在旧城改造区、新城规划区、重大工程建设区等地段调查精度难以满足工程建设等城市规划、建设、运行、管理的需要。建议，一是启动兰州市城市地质调查，以兰州市域范围为边界开展工作;二是结合城市发展实际，设置不同专题，开展以1：5万～1：1.2万为主的专项地质调查，在重大工程建设区、新城规划区等开展1：1万专项地质调查。

参考文献

甘肃省地质环境监测院，2013.兰州市城市工程地质调查与评价报告[R].

甘肃省地质环境监测院，2013.甘肃省兰州市区地质灾害详细调查报告[R].

甘肃省地质调查院，2009.兰州—白银地区多目标地球化学调查报告[R].

甘肃省地质环境监测院，2007.甘肃省主要城市环境地质问题调查与评价研究报[R].

甘肃省地质环境监测院，2008.兰州市1：50万环境地质综合调查报告[R].

甘肃省地质调查院，2009.兰州—白银地区多目标区域地球化学调查预警报告[R].

孙於春，2015.兰州市地下水污染及防治对策研究[J].地下水，37（6）： 84-86.

周斌，2012.甘肃省城市地下水资源衰减与短缺现状分析[J].地下水，34（2）： 42-44.