城市区域地质条件适宜性评价方法初探

刘 辉，卫万顺，王继明，刘宗明，徐吉祥，郑桂森，于春林

（北京市地质矿产勘查开发局，北京 100195）

城市区域地质条件适宜性评价方法初探

刘 辉，卫万顺，王继明，刘宗明，徐吉祥，郑桂森，于春林

（北京市地质矿产勘查开发局，北京 100195）

城市区域地质条件适宜性评价，是指为了满足城市布局选址、规划建设、安全运行、转型升级对地质资源及地质环境的需求，特别是对城市地质工作成果明确、定量化需求而开展的各项地质要素评价，主要包括保障城市发展的地质资源和制约城市建设发展的地质环境问题，对特定城市某些地质因素在选址布局、规划中起决定性作用。因此，城市区域地质条件适宜性评价工作，是一项不可或缺的基础性工作。本文拟通过大量城市地质工作实践，对国内外相关评价标准、评价方法进行深入分析研究，初步建立了一套地质要素进行定性、定量的评价方法，更好地服务于城市发展需求。

城市地质；区域地质条件；适宜性评价；地质环境；地质资源

0 引言

城市区域地质条件适宜性评价，是指为了满足城市布局选址、规划建设、安全运行、转型升级对地质资源及地质环境的需求，特别是城市地质工作向精细化、定量化发展的需求，对区域各项地质要素进行的评价，主要包括保障城市发展的地质资源和制约城市建设发展的地质环境问题。在系统、完整的地质调查、监测等数据基础上，通过单因子及综合评价的方法分析各项地质要素对城市规划、建设和运行的影响程度，并提出城市可持续化发展、保障城市运行地质安全、优化利用土地资源等方面的地学建议。

在我国中大型城市建设发展过程中不同程度的出现了人口膨胀、交通拥堵、雾霾严重、资源短缺、地质灾害频发等问题，因此迫切需要在城市规划、建设前对拟建区周边地质环境与地质资源的状况进行系统调查，合理规避地质灾害高风险区、优化利用现有土地资源、注重保持水土环境美好、大力推广清洁可再生能源，使城市的发展在可持续化基础上向和谐、宜居发展。

目前，国际上没有统一的城市区域地质条件适宜性评价方法体系，我国也正处于研究探索阶段，在已颁布的国家、地方、行业标准中分别从不同方面对各项地质要素进行评价，而在实际运用过程中却出现诸多问题：一是各评价方法缺乏有效的关联性，不同的评价方法有其独特的成果表达方式，这样会导致最终成果表达的混乱性；二是各评价方法中主要以定性评价居多，缺乏定量的评价手段。现代城市地质工作的主要目的是保证城市不同阶段建设工作地质安全，提供定量化的地质信息，可靠的结论、科学可行的建议。本文通过大量城市地质工作实践，结合实际需求，对国内外相关评价标准、评价方法进行深入分析研究，初步建立了一套地质要素进行定性、定量的评价方法，不断提高城市发展对地质工作需求程度，为城市安全提供可靠自然资源数据支撑。此项工作属于初步探讨，将陆续刊发具体指标、评价方法，以便加强与同行交流提高，不断完善这套理论方法体系。

1 基本要求和评价原则

1.1 基本要求

区域地质条件适宜性评价是为满足规划建设区域的规划目标，在基础地质调查工作基础上，有针对性的开展专项地质工作。工作目标是解决规划建设区域内地质资源的品质、数量和地质环境问题的性质、规模、危险性、影响范围等，因此评价流程、评价指标、评价方法必须结合实际需求具体设定。

1.2 评价原则

城市区域地质条件适宜性评价以“需求导向，突出重点，扬长避短，实事求是”为基本原则。

（1）需求导向：系统收集、分析和整理在拟建区所开展的各类地质调查、监测资料，结合拟建区的规划目标和主要功能，找出影响城市建设、规划和运行的各类地质要素。

（2）重点突出：在找出的问题中，深入分析提出对规划建设区域有重大影响的地质要素作为重点评价因子，集中力量部署工作，获得精准可靠的地质信息，做出明确可靠的结论和有操作性的建议。

（3）扬长避短：在精准、详细评价的基础上，对区域内规划目标和功能设置做出科学的建议，充分利用区域资源环境优势，规避风险。

（4）实事求是：在评价地质要素时，采用单因子评价、综合评价结果累加的方法进行评价，结论建议中对有利要素和不利要素都必须有客观、明确的结论，并提出对选址、规划、建设、运行的地质安全建议。

2 评价指标

2.1 地质资源

（1）地下水资源

地下水是人类赖以生存的水资源的重要部分，是一种宝贵的自然资源，是城市发展的基础性资源之一，北京作为国际上为数不多的以地下水作为城市主要供水水源的大都市，地下水资源成为首都发展的重要战略资源和重要保障。对于地下水资源评价，首先要确定资源的数量，确定地下水储量资源、地下水可开采资源量；其次要注重地下水的品质，进行地下水无机指标和有机指标的水质评价，而对于冲洪积扇中下游第四系含水层呈多层结构的区域，需按照不同深度进行分层评价。

（2）土地及地下空间资源

土地及地下空间资源是城市的主要载体，是城市可持续发展的重要自然资源，城市地下空间的开发利用是集约利用土地、扩大城市空间容量、改善交通与地面环境品质的有效手段。土地及地下空间资源的评价要综合考虑土体的岩性、区域地壳稳定性、地面沉降、砂土液化、水文地质条件、工程地质条件、土壤环境质量等多个方面进行评价。

（3）清洁能源

浅层地温能是指蕴藏在地表以下一定深度（一般小于200m）范围内岩土体、地下水和地表水中，具有开发利用价值的一般低于25℃的热能。对于浅层地温能评价应从地埋管换热方式、地下水换热方式适宜性分区两个方面进行定量评价。

北京市地热资源以中低温沉积盆地型资源为主，地热资源以热水型赋存于蓟县系白云岩、奥陶—寒武系灰岩中，截至2013年，北京市共计开凿地热勘查、钻井563眼（北京市水文地质工程地质大队，2014），北京市平原区根据具备地热开发利用条件（热储层埋深小于2500m，储层温度大于50℃）划分了10个地热田（北京市国土资源局，2006）。对于地热温能评价应从温度、单井出水量、储层顶板埋深3个方面进行定量评价。

再生水中所蕴藏的低温热能，其能量主要来源于城市排热、污水处理工艺的增热产热和太阳辐射等（北京市地质勘察技术院，2011）。对于再生水热能评价，应从污水处理厂日处理量、再生水输送距离两个方面进行定量评价。

2.2 地质环境

（1）地质灾害

地面沉降是指在自然和人为因素作用下，由于地壳表层土体压缩而导致区域地面标高降低的一种环境地质现象（北京市地质矿产勘查开发局等，2008）。地面沉降发展趋势会造成地形变化，会对城市规划行洪、排污、地下管网、轨道交通等线性工程造成威胁。对于地面沉降评价从地面沉降造成的危害性角度出发，地面差异性沉降幅度较大的区域会对地表建筑物造成较大的危害，因此对于地面沉降评价，应从1955年至今累计地面沉降量、近3年平均年沉降量、年地面沉降坡度3个方面进行定量评价

活动断裂是指在全新地质时期（1.2万年）内有过地震活动或近期正在活动，今后100年可能继续活动的断裂叫全新活动断裂，亦即“工程活断层”。对于活动断裂评价从活动断裂的活动年代、断裂带影响宽度、规划建筑区距活动断裂的距离3个方面进行定量评价。

地裂缝是指由于自然地质作用和人类工程活动造成的区域性地面开裂的现象（中国地质学会城市地质研究会，2005）。地裂缝按成因可分为构造地裂缝、非构造地裂缝、混合成因地裂缝，其中构造地裂缝是城市中主要的地质灾害之一。地裂缝评价从地裂缝分布密度、单个地裂缝长度、地裂缝（带）宽度、地裂缝活动性4个方面进行定量评价。

砂土液化是指在地表下一定深度内可液化的饱和土层在地震力作用下产生的震动液化。砂土液化会导致农田破坏、地基失稳、建筑物破坏以及工矿企业受损等危害。对于砂土液化的评价采用计算液化指数的方法进行定量评价。

岩溶塌陷是指可溶性岩石或岩层在水的作用下，形成的塌落或沉陷作用。对于岩溶塌陷，通过对可溶性岩层分布、钻探泥浆漏失、地下“溶洞、土洞、暗河”、地面下陷、上覆松散层厚度5个方面进行定量评价。

崩塌是指岩（土）体离开母体崩落的现象。对于崩塌，从崩塌危岩体不利结构面发育程度、高陡边坡的地形坡度、崩塌体距地面高度3个方面进行定量评价。

滑坡是指斜坡（含边坡）上的土体和岩体沿某个面发生剪切破坏向坡下运动的现象。对于滑坡的评价，通过滑坡前缘、滑体平均坡度、后缘变形状况、滑坡稳定性系数与滑坡稳定性安全系数关系4个方面等进行定量评价。

泥石流是指大量泥沙、石块和水的混合体流动的现象。对于泥石流，通过发育程度、泥砂沿程补给长度比、沟口泥石流堆积活动程度、河沟纵比降、区域构造、流域植被覆盖率、河沟近期一次变幅、岩性、松散物储量、山坡坡度、产沙区沟槽横断面、产沙区松散物平均厚度、流域面积、流域相对高差、河沟堵塞程度等方面进行打分定量评价。

采空塌陷是指地下采矿活动引起的地面形变现象。对于采空塌陷，通过对开采层倾角、抗剪强度与承载力比值两个方面进行定量评价。

（2）区域地壳稳定性

依据区域构造体系、断裂活动性、地震危险区及地震活动规律等分析推断。区域地壳稳定性评价主要参考地震震级、地震基本烈度、地震动峰值加速度、断裂活动速率、强震周期、地壳升降速率、水平应力与垂直应力比值7项指标进行定量评价。

（3）工程地质条件

工程地质条件评价是对拟建工程周边区域与工程建筑有关的地质环境各项因素进行调查评价工作，主要包括，地形地貌评价、地基稳定性评价、地下水位对工程影响评价、腐蚀性评价4个方面。

地形地貌评价从地形地貌类型、起伏性、坡度3个方面进行定性评价。

地基稳定性是指与地基岩土体在承受建筑荷载条件下的沉降变形、深层滑动等对工程建设安全稳定的影响程度。地基稳定性评价应从地基承载力评价、地基压缩性评价、人工填土影响评价、特殊土影响评价、土均匀性评价5个方面进行定量评价。

地下水位下降时，则会增加土体自重压力，引起地基附加沉降。当地下水位上升时，浸湿软化岩土，造成地基土的强度降低、压缩性增大，严重时会导致建筑物沉降变形。

地下水和土壤中的某些离子会对建筑材料（混凝土结构、钢筋结构）产生侵蚀性，分别从地下水和土壤两个方面进行对混凝土结构的腐蚀性评价。

3 评价流程

首先根据收集资料和现场工作成果进行基础地质分析工作，包括基础地质条件、工程地质条件、水文地质条件。其次进行城市地质条件适宜性评价，包括地质资源评价和地质环境评价，其中地质资源评价要评价资源的数量和品质，再结合开发难易程度评估某一种地质资源的开发适宜性。地质环境评价是一项复杂的工作，主要是评价地质环境容量对城市发展的贡献和制约，同时要评估城市发展对地质环境产生的负作用。最基本的是水土环境的质量，这是承载城市的根本物质基础，其次是对地质灾害的评价工作，这些都需要定量评价（图1）。

图1 城市区域地质条件适宜性评价流程图Fig. 1 Flowchart of suitability evaluation of geological condition in urban area

4 评价结果

此方法成功应用于北京某重大工程建设新区前期规划选址工作，并成为重大工程项目选址、控详规、建设布局前一项必不可少的基础性工作。其成果被规划、建设等部门予以充分采纳应用，体现了地质部门不可或缺、不可替代的地位和作用。

4.1 评价因子筛选

在评价工作前首先进行评价地质要素种类的筛选：其中地质灾害类需对地面沉降、活动断裂、地裂缝、砂土液化、岩溶塌陷5类进行地质灾害评价；工程地质条件类需对地形地貌、地基稳定性、地下水位对工程影响、腐蚀性4类进行工程建设适宜性评价；水土环境类需进行地下水、土壤环境2类进行评价；地质资源类需对浅层地温能、地热资源、再生水热能3类进行资源开发适宜性评价；同时还应包括区域地壳稳定性评价。

4.2 评价结论

将各类地质要素进行单因子适宜性评价，划分成适宜、基本适宜、不适宜三个等级，再将各因子进行叠加，最后对规划场地进行地质条件适宜性区划。经评价规划建设区地质条件处于“适宜区”和“基本适宜区”（表1、图2）。

图2 北京某重大工程建设新区适宜性评价分区图图Fig.2 Divisional chart of suitability evaluation of a major construction project in Beijing

表1 北京某重大工程建设新区适宜性评价分级表Tab. 1 Classif i cation table of suitability evaluation of a major construction project in Beijing

“适宜区”指在当前经济技术条件下，地质资源、地质环境可以满足规划目标、设计功能需求；“基本适宜区”指在当前经济技术条件下，地质资源、地质环境中制约因素可控制；“不适宜区”指在当前经济技术条件下，地质资源、地质环境中存在某种或几种制约因素不可控制（控制成本过高）。

5 结论

本文系统研究了城市区域地质条件适宜性评价方法，主要结论如下：

（1）城市区域地质条件适宜性评价是指为了满足城市布局选址、规划建设、安全运行、转型升级对地质资源及地质环境的需求，对区域各项地质要素进行的定量评价工作。

（2）评价对象包括地质环境评价和地质资源评价两大类，涵盖水土环境、地质灾害、区域地壳稳定性、工程地质条件、清洁能源等诸多地质要素。

（3）通过对现有国内外各项地质评价标准、评价方法进行深入分析研究，拟建立一套能够对各类地质要素进行客观定性、定量的评价方法。

（4）运用此方法评价规划建设区地质条件适宜性，分为“适宜区”、“基本适宜区”、“不适宜区”三级。

北京市国土资源局，2006. 北京市地热资源2006－2020年可持续利用规划[S]. 北京市国土资源局.

北京市地质勘察技术院，2011. 北京市再生水热能利用研究及规划报告[R].

刘连刚，韦京莲，叶超，等，2008. 北京地质灾害[M]. 北京：中国大地出版社.

北京市水文地质工程地质大队，2014. 北京市地热资源现状调查评价与区划[R].

中国地质学会城市地质研究会，2005. 中国城市地质[M]. 北京：中国大地出版社.

Suitability evaluation method for urban regional geological conditions

LIU Hui, WEI Wanshun, WANG Jiming, LIU Zongming XU Jixiang, ZHENG Guisen, YU Chunlin

(Beijing Geology Prospecting and Developing Bureau, Beijing 100195 China)

Suitability evaluation method for urban regional geological conditions is to meet the needs of geological environment and geological resources for the safe operation of urban location, construction, operation and transition, especially for the evaluation of geological elements for the def i nite results and quantitative requirements of urban geological work. It includes the geological resources that maintain urban development, and also includes the geological environment problems that restrict urban development; It plays a decisive role in urban location,construction of certain geological factors in a given city. Therefore, suitability evaluation method for urban regional geological conditions is an indispensable basic work. Based on a large number of urban geological work practice,the domestic and foreign evaluation standards and evaluation methods are studied in depth. Establish qualitative evaluation and quantitative evaluation methods for geological elements; provide better services for urban development needs.

urban geology; regional geological conditions; suitability evaluation; geological environment;geological resources

A

1007-1903（2017）03-0001-06

10.3969/j.issn.1007-1903.2017.03.001