福建省三明市城市地质调查内容设置——兼论山区城市的城市地质工作重点

赵举兴

(福建省煤田地质勘查院，福建 福州 350005)

城市地质工作是以城市及周边地区、潜在的城市化地区为工作范围，综合研究地质要素对城市发展的约束条件以及城市发展对各地质要素产生的影响，为城市规划、建设和管理服务的地质工作[1]。

中国已开展的城市地质工作主要集中在平原区城市，而且这些城市多为直辖市和省会级城市[2]；山区城市和中小规模城市的城市地质工作还未全面开展。随着中国新型城镇化和生态中国建设战略的全面实施，城市地质工作必将逐步突破单一的城市格局，与国土区域规划接轨。因此，山区城市和中小城市的城市地质工作将会成为未来的重点。

三明市位于福建省中心地带，是海峡西岸连接华中地区的交通要冲，同时也是典型的山区城市。目前三明市正规划实施“海西三明生态工贸区”建设，以沙溪河两岸的产业园区为发展重点，推动三明市区与沙县、永安同城化空间整合，实现“北扩、南延、东连、西拓”的发展战略目标。因此开展三明城市地质调查工作具有重要的理论与实践意义。

1 自然地理与地质背景

三明市城市地质调查工作区范围是《三明市城市总体规划(2010—2030)》确定的“海西三明生态工贸区”范围，面积3 682 km2，地理坐标为117°20′～117°50′E，25°55′～26°30′N，包括三明市区(梅列区、三元区)全辖区，沙县、永安市城区及部分乡镇，其中重点调查区范围为三明市、沙县和永安城区及周围产业园区，面积约600 km2(图1)。

区内地貌以低山和丘陵为主,其中沙溪河南东岸地势陡峻，多为中山、低山；北西岸地势较缓，以低山、丘陵为主，并嵌有山间河谷盆地[3]。区内地层发育齐全，出露的碳酸盐岩主要为二叠系船山组和栖霞组灰岩，总面积约102 km2，占工作区总面积的3.1%，主要分布于三明盆地和大湖—永安盆地，这两个盆地内岩溶较为发育，易诱发岩溶塌陷(图1)。

工作区位于闽西南拗陷带东部胡坊—永定隆起与大田—龙岩拗陷的交接地带(图1)，构造的形态以断裂为主。区内新构造运动的特征表现为沙溪西岸上升幅度较大，以整体上升为主;东岸上升幅度中等，以断块上升为主。

区内地表水系发育，呈格子状分布，主要河流为沙溪及其支流。地下水划分为四个基本类型：松散岩类孔隙水,碎屑岩类孔隙裂隙水,碳酸盐类裂隙溶洞水和基岩裂隙水。其中碳酸盐类裂隙溶洞水水量丰富;基岩裂隙水又根据不同岩类的差异，分构造脉状裂隙水、层状基岩裂隙水和块状基岩裂隙水三个亚类。地下水的补给、径流、排泄区基本一致，补给来源主要是大气降水和地表水的垂直补给[4-6]。

根据区内岩土成因条件及岩性特征，结合岩土体结构、岩石物理力学性质及工程地质特征，将区内岩土体划分为坚硬块状火山岩组、坚硬块状侵入岩组、坚硬层状变质岩组、坚硬层状沉积碎屑岩组、软弱层状沉积碎屑岩组、坚硬层状碳酸盐岩组和土体(图1)。

图1 工作区工程地质略图Fig.1 Simple engineering geological map of study area1.软弱层状沉积碎屑岩组;2.工作区界线 ;3.河流;4.坚硬块状火山岩组;5.坚硬层状变质岩组;6.坚硬层状碳酸盐岩组;7.行政区划界线;8.产业园代号及范围;9.坚硬块状侵入岩组;10.坚硬层状沉积碎屑岩组;11.土体;12.城市;13.盆地范围。

三明梅列区三明三元区沙县永安共计滑坡/处4766165(含潜在点)64342崩塌/处37100(含潜在点)26136不稳定斜坡/处131432(含潜在点)2180地面塌陷/处1(岩溶塌陷)2(岩溶塌陷)12(岩溶塌陷)6泥石流/处00202威胁人口/人2 0392 24911 8171 28417 389

注：资料来源于2013年《三明、沙县、永安市地质灾害调查报告》。

2 地质环境问题

三明市是以低山、高丘陵为主的山区城市，地形起伏较大，天然陡坡发育，各类岩石风化层较厚，加之地表水系发育、降水充沛，是水土流失的严重区;此外,灰岩和重晶石开采过程中产生的矿山废弃物不仅占用破坏土地资源，也对地下水系统造成破坏。

除上述地质环境问题外，还有地质灾害和山洪灾害威胁着当地居民的生命财产安全。地质灾害类型主要有滑坡、崩塌、不稳定斜坡和岩溶塌陷,此外还存在大量的弃土堆积场，这些弃土场极易在暴雨季节被引发为泥石流。上述类型的地质灾害均属突发性地质灾害，具有点多、面广、规模小、危害大的特点(表1)。

山洪灾害主要发生在沙溪河及其两岸支流地区。工作区属中亚热带季风气候，降水充沛，多年平均降水量1 587.6～1 855.2 mm。降水量随季节变化明显，3-9月降水量占全年的73.51%，5-6月降水量多易形成暴雨山洪,7-9月多为台风降水，短时降水量大且集中,因此每年3-9月经常发生山洪灾害。区内山间沟谷发育，洪水对沙溪河及其支流两岸的岸坡稳定性产生了较大的影响，局部地段常出现护岸工程失稳及塌岸现象；加之较多乡镇建在原来的沟谷冲积扇上，受山洪威胁较大。因此，山洪灾害对三明市以沙溪河两岸地区作为核心发展区造成了较大的地质安全隐患。

3 城市地质工作现状

三明市还未开展系统的城市地质工作。上世纪60年代以来陆续开展的区域地质调查、水文地质调查、工程地质调查和环境地质调查积累了较为丰富的成果资料，为系统开展城市地质调查奠定了良好的基础。但受项目目的任务限制，多为小比例尺区域性调查或针对性较强的专项调查工作，环境地质条件研究程度不一，资料归属于采用不同行业标准的不同部门，导致缺乏对区内工程地质条件完整系统的认识。此外近年来城市建设快速发展导致环境地质条件发生改变，地质环境问题呈现新的特点，已有资料难以满足社会经济发展需要，亟待开展系统全面的城市地质工作。

3.1 新的地质需求

随着城市化进程的推进，经济社会发展面临着新的挑战，人口、资源和环境问题已变得越来越尖锐，城市的规划建设和发展出现了新的、更高的地质需求。

三明市的规划按照以重点带全局的发展思路，打破以现有行政区划为界的发展格局，实施“三城整合、多点联动、中心提升、特色支撑”战略，构筑“一带、双城、四片、四园区”总体空间格局。其中以“四园区”为重点建设经济开发区，是三明市规划及未来持续发展的基石，各产业园有相同的地质需求，如地质灾害防治,也有根据自身发展所需的特殊地质需求(图1，表2)。总体上可以归纳为地质安全需求、资源支撑需求、生态保护需求和社会文化需求四个方面。

表2 各产业园区发展及地质需求Table 2 Geologic requirements of each industrial area in the study area

地质安全需求方面：前文已论述三明市作为典型的山区城市，本来就是各种地质灾害的易发频发区，又由于规划区内地质环境复杂，容易产生基坑边坡失稳、岩溶塌陷、地面不均匀沉降以及软土地基变形、涌沙涌水流泥等地质问题。工业区的选址与建设首先应考虑安全问题，这点从表2中也可以看出，解决、防治工业区的地质灾害是最根本也是最重要的任务。除传统的地质灾害的调查与治理方面，还应加强地质安全服务系统的建设。目前规划区面临的问题主要有地质灾害、土壤污染和地下水污染，对区内的地下水资源及地热资源开发、地下空间开发等地质安全、城市规划、项目布局、工程选址等均有地质安全方面的影响，完成地质安全服务系统建设,才能更好地保障城市地质环境安全，满足城市规划、建设、管理、减灾防灾的需要。

资源支撑需求方面：地下水、地热、建筑材料、矿产以及自然旅游等实体资源是城市建设、发展的物质基础，地下三维地质结构与地下空间资源信息是城市建设、发展的信息基础，这些都是地质资源；而城市总体规划、分区规划、土地利用规划、地下空间开发规划等专项规划都需要地质资料的支持。只有了解地质背景和条件，适应地质发展规律，规避地质风险，才能降低建设成本，使城市向着良性的方向发展；只有充分考虑地质因素和充分利用城市地质资源，才能保证城市的可持续发展。

生态保护需求方面：党的十九大已经将生态文明建设提升至国家战略层面,随着三明城市化进程的不断加快，经济的高速发展和城市区域人口迅速膨胀，城市规模不断增大，国土资源的消耗不断加剧，人为活动对地质环境的影响已远远超过自然环境的影响[7]。由各类工程建设引起的地面沉降、岩溶塌陷、软土地基变形，由地下水过度开采引起的地面沉降、岩溶塌陷、水质恶化,如何从根本上解决这些问题，离不开地质工作的调查研究。

社会文化的需求方向：也是生态文明建设的一个延伸。山区城市中遗存有较多的地质遗迹，有其独特的自然景观、人文历史。如区内的永安桃源洞、大湖鳞隐石林国家地质公园、三明万寿岩古人类遗址等，具有很高的科研价值和欣赏价值，亦是开发旅游的主要资源。

4 三明市城市地质调查的主要内容

三明市城市地质调查的研究内容依据城市的地质需求而定，以解决区内城市可持续发展与生态环境保护的重大课题，实现人—地—自然和谐为目标，按照《城市地质调查规范》(DZ/T 0306—2017)从地质安全、资源支撑、生态保护和社会文化四个地质需求方面展开。

首先需要完成的是大比例尺的水工环地质调查[8-13]，这既是以上四个方面的调查基础，也是以上四个方面的调查内容。区域水文地质、工程地质和环境地质调查，是国土资源大调查的重要内容之一，更是城市规划建设和发展的基本需求，也是针对三明市地质需求特点进行专项城市地质调查研究评价的重要前提条件。

(1) 基于地质安全的调查研究：包括地质灾害的研究、沙溪河两岸工程稳定评价以及岩溶塌陷研究三大方面。

区内地质灾害(崩塌、滑坡、山洪泥石流、岩溶塌陷)对城市建设发展影响较大，特别是暴雨引起的山洪(稀性泥石流)灾害,因此应加强地质灾害对城市建设的影响研究，在对现状分析、危害程度、形成条件和发生规律的基础上分析演化过程及发展趋势。此外，还应选择典型构造带和构造点，认真调查不同构造活动阶段的动力学特征，进行构造—地貌—沉积—气候演化的综合对比研究，分析探讨地质灾害与城市建设彼此之间的耦合响应和因果关系，最大限度地控制因人类经济建设活动造成地质灾害而带来的损失。

区内为数不多的第四系绝大部分出露于沙溪河两岸，可以说沙溪河两岸既是重要的地层单元，又是三明市的经济带，因此沙溪河两岸的地质安全尤为重要。设立沙溪河两岸工程地质调查与评价专题，用于查清沙溪河两岸城市规划区的工程地质条件、冲刷与坍岸发育条件，对沿河两岸的岩土体工程地质特征及其工程建设适宜性作出科学评价。在实地调查过程中，还应加强理论研究，通过选择典型的地层剖面，重点开展河流阶地、溯源侵蚀以及河道改道过程研究，及地貌演化阶段史研究，并由此分析地壳隆升的历史。

区内岩溶地区对工业园选址、城市安全有重要影响，应设立岩溶地质调查与岩溶塌陷防治评价的专题。圈定出区内地表和地下的灰岩分布范围，查明岩溶的发生和发育条件，研究岩溶塌陷形成机制,综合分析讨论区域岩溶形成机理及塌陷机制，提出岩溶塌陷地质灾害防治规划建议。

(2) 基于资源支撑的调查研究：三明市为山区城市，山多地少，地下空间的发展与利用一定是今后的发展方向。基于此，设立地下空间开发利用适应性和地下水资源评价专题，用于查明各工程地质岩组的工程地质条件，分析不良工程地质层的发育深度及空间分布规律；用于进行工程地质条件评价和重点工作区三维地质结构模型的建立，更好地服务于地下空间的开发利用；通过分析地表水系对地下水的影响范围和水文地质特征响应，构建三维含水层系统结构模型；通过数值模拟的方法评价应急水源地的天然补给资源量、允许开采量、应急开采量、地下水质量和地下水潜力等，提出应急供水建议，为城市安全供水保障提供科学依据。城市地质工作中的资源调查还应包括区内地质遗迹的调查，与旅游地质相结合，不仅可以研究地质遗迹成因特点，进行地学科普教育,还可以结合建设规划提出针对性开发和保护的措施建议，服务地方。在此基础上，应设计资源环境承载力综合评价专题，确定地质资源、环境承载能力综合评价对象，建立资源环境承载力评价指标体系与评价方法，开展资源环境承载力综合评价，从地质资源环境承载能力角度提出国土资源优化配置对策建议。

(3) 基于生态保护与社会文化的调查研究：山区城市因其地质条件原因，相对规模较小特别是三明地区由于其独特的地理气候，地表水系发育，风化土较厚,工程性能不一，由于可直接利用的建设用地较少，一般都需进行一定的挖填工程，对原始自然地貌改变较大，如处置不当，经常引起人为的地质灾害。如何引导人为活动的合理性，涉及到基于社会文化的调查研究，这项内容应在每项专题中得到体现。调查中需要对当地群众在地学科普、环保意识、土地合理利用等方面进行宣传与讲解，使其在环境方面的认识有所提高。

基于上述四个方面的调查内容,可以为三明地下空间开发、资源利用与地质灾害防治、土地利用规划等提供地质数据和科学决策依据，将在城市建设与发展中产生明显的经济效益、社会效益与环境效益。

5 结论

(1) 三明市作为典型的山区城市，其地貌特征、气候特征及地质特征均有其特殊性，由此引起的地质灾害、山洪灾害及环境地质问题同样区别于非山区城市。对其进行城市地质调查时一定要结合区内自身的特征，明确存在的地质需求和主要地质环境问题，才能进行研究内容的设置。

(2) 针对区内在地质安全、资源支撑、生态保护、社会文化四方面的地质需求，本次调查在大比例尺水工环调查基础上设计了沙溪河两岸工程地质调查与评价、研究区岩溶地质调查与岩溶塌陷防治评价、地下空间开发利用适应性评价、地下水资源及应急水源地的规划、资源环境承载力综合评价五个专题的调查内容。这些调查内容将在以后的城市建设与发展中产生明显的经济效益、社会效益与环境效益。

(3) 调查研究内容中，大比例尺水工环调查是基础，沙溪河两岸工程地质调查与评价、研究区岩溶地质调查与岩溶塌陷防治评价是重点，地下空间开发利用适应性评价和地下水资源及应急水源地的规划是可持续发展的前提，资源环境承载力综合评价是整个调查结果的最终体现。

致谢：审稿专家和编辑部老师提出了宝贵意见,中国地质大学(武汉)李长安教授对全文进行了系统指导，福建省煤田地质勘查院黄光明高级工程师提供了大量基础资料，在此一并表示感谢！