黄石城市地质调查成果及其应用探索

沈 军， 刘 徽*， 刘冬勤， 吴 龙， 杨伟卫， 蔡恒安 ， 朱柳琴， 王 宇

(1.湖北省地质局 第一地质大队,湖北 大冶 435100； 2.湖北省地质调查院,湖北 武汉 430034)

城市地质工作是城市规划建设的重要基础,贯穿于城市运行管理的全过程[1]。做好城市地质工作,有助于转变城市发展方式，完善城市治理体系，提高城市治理能力，解决城市病等突出问题,从而提升城镇化水平[2]。原国土资源部于2017年发布了《关于加强城市地质工作的指导意见》,原湖北省国土资源厅高度重视该项工作,提出了“三年试点,五年推广,五年完善”的总体工作思路,并在2018年启动了试点工作。

黄石市作为中国典型的资源枯竭型城市,其百余年的工业化进程带来制约城市发展的空间、资源、环境、灾害和生态等问题，且面临着生态文明、韧性城市、智慧城市建设的新需求与“长江大保护”的新挑战,率先开展城市地质工作在全省具有典型性和示范性[3]。2017年黄石市人民政府积极向原湖北省国土资源厅申请,并成功被列为湖北省城市地质工作首个省级试点城市。2018年以来,湖北省自然资源厅、黄石市人民政府与湖北省地质局共同出资1 500余万元,按照共同出资、分工落实和共享成果的合作模式，协同推进黄石市城市地质调查试点示范工作。目前,试点项目成果在城市规划、建设、运营与管理等领域得到应用,取得了较好的社会经济效益。

1 黄石城市地质工作概况

黄石城市地质工作以服务于社会与经济可持续发展为宗旨,紧密围绕城市发展战略目标和目前面临的或亟待解决的地质资源保障与地质环境安全问题,在广泛搜集、分析整理各类已有相关成果资料基础上,聚焦“空间、资源、环境、灾害”等要素和地质信息管理系统建设任务,分别部署黄石城市地质工作。

工作区主要集中在城市规划区(包括老城区和大冶湖生态新区,面积为701 km2),并对大冶湖生态新区核心区(22 km2)和长江黄石段(沿岸带向内陆延伸5 km范围内)等区域进行了重点解剖(图1)。主要工作部署如图2所示,目前已开展国土空间开发利用条件调查、清洁能源(地热与浅层地温能)调查与评价、尾矿资源综合利用与地质环境调查评价、森林公园与特色小镇综合地质调查、土地质量地球化学调查与评价、水环境承载力综合评价、长江黄石段生态环境地质调查、大冶湖生态新区核心区城市空间布局与安全保障研究、矿产资源压覆查询系统平台建设试点研究、城市三维模型与地质信息管理系统建设等专题工作,部分专题工作正在实施中。下一步工作重点是开展自然资源综合调查、城市地质成果管理政策研究与制度建设、信息管理系统完善等方面的工作。

图1 黄石城市地质调查工作区范围图Fig.1 Scope of geological survey in Huangshi City1.2018年已调查区域；2.大冶湖生态新区；3.规划区地温能调查评价；4.核心区综合地质调查评价；5.沿江区生态环境地质调查。

图2 黄石城市地质调查工作内容Fig.2 Geological survey of Huangshi City

2 黄石城市地质调查工作成果

2.1 查明城市地质条件

2.1.1查明重点区域土壤质量

查明大冶湖生态新区核心区土壤环境质量,综合评价结果显示无重度污染区域,清洁区占比达98.77%,仅少量地区As含量偏高,基本满足作为建设用地相关指标要求(图3)。长江黄石段沿江区土壤质量总体良好,良好以上区域占86%,土壤质量差区位于红星三村北部,主要为As、Pb等重金属超标(图4),针对重金属超标区域提出了排放控制、治理修复等对策建议；农业用地土壤肥力好,局部区域富硒、氟,适合农业生产。

图3 核心区土壤质量综合评价图Fig.3 Comprehensive evaluation map of soil quality in core area1.清洁区；2.尚清洁区；3.轻度污染区；4.中度污染区；5.核心区；6.水系；7.道路；8.地名。

图4 沿江区土壤质量综合评价图Fig.4 Comprehensive evaluation map of soil quality along the Yangtze River1.质量优质区；2.质量良好区；3.质量中等区；4.质量较差区；5.沿江区；6.水系；7.道路；8.地名。

2.1.2查明典型水域环境现状

在对大冶湖、海口湖等重点水域水样分析测试基础上,利用综合营养指数法进行评价,结果显示大冶湖、海口湖均存在不同程度的富营养化问题,且丰水期富营养化情况较枯水期严重。利用内梅罗指数法进行评价,结果显示大冶湖、海口湖枯水期水体质量总体优于丰水期,枯水期水体质量局部存在Ⅳ类水,而丰水期局部存在Ⅴ类水。水体质量与富营养化、有机物污染、重金属污染、湖泊酸化等因素有密切关系,提出了湖泊水质预防与综合治理的对策建议。

2.1.3摸清大冶湖生态新区核心区的建设适宜性地质条件

摸清大冶湖生态新区核心区主要工程地质层的空间分布特征,首次查明核心区软土层的厚度与展布特征,软土主要分布于地下20 m以浅,整体上东厚西薄、北稀南广,软土厚度>7 m的区域约7.54 km2,局部超过15 m；软土厚度为3～7 m的区域约13.4 km2；软土厚度<3 m的区域约1.05 km2。对软土地基潜在风险进行综合评价,结果显示较高—高风险区分布面积5.87 km2,占比27%(图5)。城市内涝较高—高风险区面积占比14%,划分了17个内涝重点防控区(图6)。综合评价结果显示，较适宜建设区面积达80%以上。

图5 核心区软基风险评价图Fig.5 Risk assessment chart of soft foundation in core area1.高风险区；2.较高风险区；3.中等风险区；4.低风险区；5.核心区。

图6 核心区内涝风险评价图Fig.6 Risk assessment map of waterlogging risk in core area1.高风险区；2.较高风险区；3.中等风险区；4.较低风险区；5.低风险区；6.核心区。

2.1.4查明长江黄石段生态环境地质问题

查明长江黄石段生态环境现状,生态环境总体优良。水土质量总体较好,无大面积超标或污染区域,林草湿地面积占比约50%,中高植被覆盖度面积占比近60%,人类工程活动环境影响程度低。但是,也存在零星小规模地质灾害、个别水体重金属超标、局部土壤As元素超标、石漠化、水土流失等生态地质问题,分布有不稳定斜坡，中—高度石漠化面积占比17%，中—高度水土流失面积占比11%。依据生态环境地质调查、生态敏感性分析等,结合黄石城市总体规划,提出包括沿江城市发展区、西北生态保护区、西部环境修复区、中部水土整治区、局部矿山治理区的沿江区全域国土空间开发保护格局(图7),建议建立以自然恢复为主的全域生态保护机制。

图7 沿江区绿色发展国土空间开发保护格局图Fig.7 Spatial development and protection pattern of green development land along the Yangtze River1.中部水土整治区；2.局部矿山治理区；3.沿江城市发展区；4.西北生态保护区；5.西部环境修复区；6.沿江区。

2.2 查明地质资源禀赋

2.2.1大致查明大冶市尾矿资源家底

大致查明大冶市尾矿库规模、形态、位置和周边地质环境条件；评价了尾矿中主要有用元素、稀有、稀散、稀土元素的含量及综合利用前景,厘定了Cu、Au、TFe等元素的评价指标,并对重点尾矿库进行了资源量估算和水土污染现状分析评价；查明区内1座典型尾矿库中金属元素选冶性能,并对非金属资源开展了综合利用可行性研究,为后期开发利用提供了详实的数据支撑。

2.2.2查明规划区内的地热资源条件

通过地热地质调查、综合剖面测量、钻探、降压试验及流体分析等工作,大致查明汪仁—章畈地热田的控热构造、地热流体特征、盖层和热储埋藏条件等,圈定了1处地热有利开发范围,优选了2处地热地质条件有利靶区。

2.2.3大致查明规划区的浅层地温能资源禀赋

通过城市规划区浅层地温能调查评价,结果显示黄石城市规划区内浅层地温能总量为8.42×1014kJ,折合标准煤4 807.06万t,约为黄石市工业企业能源年消费量的4倍,资源较为丰富[4]。区内浅层地温能利用适宜以地埋管方式为主,夏季可制冷总面积1.19×109m2,冬季可供暖总面积1.54×109m2,较适宜与适宜区面积占比达60%以上,覆盖老城区、核心区等重要地区(图8)。

图8 规划区地埋管方式浅层地温能适宜性分区图Fig.8 Shallow geothormal energy suitability zoning mapof buried pipe method in area1.规划区；2.城镇建设用地；3.生态新区；4.适宜区；5.较适宜区；6.不适宜区。

2.2.4查明金海开发区的水土质量

调查评价结果显示，金海开发区土壤中Al2O3、MgO、CaO、Na2O、K2O、Corg、Ge、I贫乏,尤其是MgO、CaO、Na2O贫乏较为显著；Co、Ni、Cu、Zn、Mo、Cd、Pb、Cr、V、Hg、As、Se、B、F等元素相对富集,其中Cd富集最为显著,达中国土壤(A层)背景值的9.63倍,其次为Se,达中国土壤(A层)背景值的5.35倍。评价区土壤中Se含量平均值为1.55 mg/kg,81%的样品达到富硒土壤标准；达到含硒茶叶标准的样品占比78.05%,其中达到富硒茶叶(Se≥0.2 mg/kg)的样品占比21.95%；土壤高Cd分布区中的茶叶样品的Cd含量均未超过安全限值,金海开发区总体上较适合发展富硒茶叶产业。

2.3 建立可视化模型

2.3.1构建三维地质模型

完成核心区标准地层的划分和数据库的建设,构建了核心区22 km2的地下三维地质(基础地质、水文地质和工程地质)模型；通过倾斜摄影测量、无人机遥感等高新技术手段,建立了核心区的地上模型。核心区地上、地下两个模型融合对接形成地表地下三维一体化模型,该模型能够全面反映核心区多属性、立体化的特征。

2.3.2建立矿产资源压覆查询系统平台

系统收集黄石市现有矿产资源和矿业权数据,更新形成压覆矿产资源数据库。选择工作区内典型的金属和非金属矿山,结合矿山储量核实报告,构建矿体三维模型。在开展矿产资源压覆评估算法研究的基础上,建立了专业版和公众版的矿产资源压覆查询系统平台。

2.3.3初步搭建黄石城市地质信息管理系统

按照城市地质信息管理系统建设方案要求和用户体验需求,以数据为中心、三维建模技术为依托,初步研发出具有数据管理、数据分析与评价及数据共享三个层次的城市地质信息管理系统。

3 黄石城市地质工作成效

黄石城市地质工作阶段性成果可为城市规划建设等提供不同区域、不同领域、不同层次的基础地质服务,主要可应用于长江黄石段生态环境保护、矿产资源压覆查询、尾矿资源和富硒特色产业发展、地热和浅层地温能开发利用等方面,并为核心区地下空间开发利用、大冶湖水体修复治理等提供基础性资料。

3.1 服务于长江黄石段生态环境保护

黄石位于长江中游南岸,属于长江经济带重要节点城市,境内长江岸线长达76.87 km,在长江流域生态环境保护中担当重要角色。通过对长江黄石段地质灾害、水土质量、水土流失、石漠化等生态地质问题和林草湿生态资源进行调查评价,提出长江黄石段国土空间开发保护建议,为生态环境修复和保护提供了决策依据。

3.2 服务于地质资源开发利用

以大冶市尾矿资源综合利用与地质环境调查评价成果为基础,提升了龙角山尾矿的综合利用水平,编制了《黄石市废弃矿产资源综合利用规划》(2021—2025年),指导黄石市尾矿资源的综合开发利用与环境保护。

依托金海开发区土壤与农作物含硒或富硒状况调查成果,已与金海开发区进行对接,项目成果将指导当地特色农业规划布局,助力当地富硒特色产业的发展。

地热资源调查评价成果圈定的地热找矿靶区,指导了湖北省地质勘查基金“湖北省黄石市太子庙—道士湾地热预可行性勘查”项目成功找到具有开发利用潜力的地热田,预期可带动黄荆山南麓地热资源的勘查和开发利用,引领黄石温泉旅游产业发展。

浅层地温能调查评价结果显示,规划内浅层地温能资源较为丰富,主要适宜于地埋管方式开发利用,成果可指导区内浅层地温能开发利用布局,助推黄石市能源结构调整。

3.3 服务于城市规划建设和安全发展

依托城市地质调查成果,结合大冶湖生态新区核心区控制性详规,提出了优化用地规划布局、已建工程不均匀沉降防治及未建区规划规避建议,可为大冶湖生态新区核心区的轨道交通、地下管廊、建筑物等规划、建设提供基础数据支撑。

3.4 服务于“智慧黄石”建设

研发出黄石市矿产资源压覆查询系统，专业版可为自然资源和规划管理部门提供矿产资源压覆在线查询和管理服务,能够快速出具未压覆矿产资源的查询报告；公众版可为拟建工程等提供外网实时在线查询服务,方便拟建工程坐标和范围的调整。该系统为优化营商环境提供了技术支撑,助力“智慧黄石”建设。

4 黄石城市地质工作展望

4.1 量身定制城市地质成果

黄石城市地质工作形成一套政府版成果资料,并在相关部门得到应用,但仍存在专业性内容多、直观易懂的成果少、社会认知程度较低等问题,一定程度上制约了城市地质成果的广泛应用。在今后的黄石城市地质工作中,将根据用户群体的需求,精准对接,定制不同的服务产品,分层次、分类别进行成果二次加工和转化应用,为管理部门和社会公众提供更优质的服务产品[5]。

4.2 制定成果资料汇交与更新维护机制

地质调查成果是国民经济社会发展重要的基础性资料,但由于地质资料分散保存在不同行业和部门,且因涉密或出于利益保护需要,拥有地质资料的单位往往很难做到无偿提供相关资料[6-8]。因此,今后黄石城市地质工作将重点研究制定地质调查、工程勘察、环境监测、重大工程运营监测等地质资料统一汇交管理制度,建立系统性的、可动态更新维护与应用的数据库,更好地发挥地质调查成果在城市规划、建设和运营管理中的指导作用。

4.3 建设一套资源环境监测网络

为保障黄石城市资源安全、食品安全、生态安全、居住安全,全面提高资源环境安全对城市发展的保障能力,建议通过后续城市地质工作,充分利用无线监测和移动式无损检测技术,对重点区域地下水、土壤、地质灾害、矿山地质环境、地面沉降等方面进行实时监测[9],建设一套城市地质资源与环境安全监测预警系统,融入城市规划建设和管理的主流程,更好地为政府部门提供决策支撑。

5 结论

(1) 黄石城市地质调查形成了较为丰富的成果,成果已在长江大保护、矿产资源压覆查询、尾矿资源和富硒特色产业发展、地热和浅层地温能开发利用等方面得到了初步应用,并为地下空间开发利用、大冶湖水体修复治理工作等提供了丰富的基础性技术资料。

(2) 为充分发挥城市地质工作的基础性、公益性和先行性作用,今后的城市地质调查应更加紧密围绕用户需求,定制服务产品,强化成果转化应用,建设一套资源环境监测网络,制定一个适宜于黄石的地质资料汇交和更新机制,更好地服务于“智慧黄石”的建设。