地质综述论文

根据所认识的地震发生规律，用科学方法对未来地震发生的时间、地点和强度作预先的估计。地震预报则是在具备一定可靠程度的前提下将地震预测的意见向公众宣布。有实用价值的地震预报必须同时报出时间、地点和强度。科学的地震预测是将来实现地震预报的基础。 地震预测是第二次世界大战结束以后开展的探索性研究项目，特别是中、短期或临震前的预测尚处于探索阶段，远远没有到可以实用的程度。一些学者对实现地震预报抱有怀疑，对于用行政手段组织地震预测持保留态度。 地震预测的科学前提是认识地震孕育和发生的物理过程，包括地球介质物理、力学性质的异常变化。但是人类对地震成因和地震发生的规律还知之甚少，主要是因为地震是宏观自然界中大规模的深层的变动过程，不同于实验室中单纯的可控条件下进行的样品试验，其影响因素过于复杂，还可能有人类未知的因素存在。人们所能做的是在地面上观测某些物理量，这种观测通常是不完全的和不完善的。在当代科学技术条件下，人们还不能深入地球内部直接或间接观测深层介质的物理状态 ，因为测量过程本身就将打破原有的状态。而所能观测的物理量异常变化是否与地震的发生真正相关还不能确知 。这就是地震预测研究所以进展缓慢的真实原因。 地震预测研究有3种不同的思路: ①地震地质。地震发生在地壳中上层，故认定地震应属于地质过程。研究已发生的大地震的地质构造特点，应有助于今后判定何处具备发生大地震的地质背景。但有些地震发生前，地质构造往往不甚明朗，震后才发现有某个断层，认为与地震有关。 ②地震统计。对过去已发生的地震，运用数理统计方法，从中发现地震发生的规律，特别是时间序列的规律，根据过去以推测未来。此法把地震问题归结为数学问题。因需要对大量地震资料作统计，研究的区域往往过大，所以判定地震的地点有困难，而且外推常常不准确。 ③地震前兆。地震是地球介质的破裂，故认定地震应属于物理过程。观测地球物理场各种参量以及地下水等异常变化，可能找到有用的地震前兆 。前兆研究中的最大困难是，观测中常遇到各种天然的和人为的干扰，而所谓的前兆与地震的对应往往也是经验性的。尚未找到一种普遍适用的可靠的前兆。 以上 3种思路都有片面性，都不能独立地解决地震预测问题 。实际采取的是综合的办法，把3种不同思路所得放在一起对比参照，力求对未来的地震活动作出估计。 地震预测是世界难题，第一，地球的不可入性。大家知道上天容易入地难，我们对地下发生的变化，只能通过地表的观测来推测；第二，地震孕律的复杂性。通过专家多年的研究，现在逐渐认识到地震孕育、发生、发展的过程十分复杂，在不同的地理构造环境、不同的时间阶段，不同震级的地震都显示出相当复杂的孕律过程；第三，地震发生的小概率性。大家可能都感觉到，全球每年都有地震发生，有些还是比较大的地震。但是对于一个地区来说，地震发生的重复性时间是很长的，几十年、几百年、上千年，而进行科学研究的话，都有统计样本。而这个样本的获取，在有生之年都非常困难。 由于地震预测作为一个世界性科学难题，全世界都在努力研究地震预测，探索地震预测的有效途径，但就现在来说，不管国内还是国际上，还很难完全准确地预报地震。一次真正的有社会显示度的预报意见必须给出未来地震时间、地点和震级，即时空强三要素，一种实用的预报方法必须具有较高的准确率。 动物对于地震更为敏感，许多动物的某些器官感觉特别灵敏，它能比人类提前知道一些灾害事件的发生，例如海洋中水母能预报风暴，老鼠能事先躲避矿井崩塌或有害气体等等。至于在视觉、听觉、触觉、振动觉，平衡觉器官中，哪些起了主要作用，哪些又起了辅助判断作用，对不同的动物可能有所不同。伴随地震而产生的物理、化学变化（振动、电、磁、气象、水氡含量异常等），往往能使一些动物的某种感觉器官受到刺激而发生异常反应。如一个地区的重力发生变异，某些动物可能能过它的平衡器官感觉到；一种振动异常，某些动物的听觉器官也许能够察觉出来。地震前地下岩层早已在逐日缓慢活动，呈现出蠕动状态，而断层面之间又具有强大的磨擦力，于是有人认为在磨擦的断层面上会产生一种每秒钟仅几次至十多次、低于人的听觉所能感觉到的低频声波。人要在每秒20次以上的声波才能感觉到，而动物则不然。那些感觉十分灵敏的动物，在感触到这种声波时，便会惊恐万状，以致出现冬蛇出洞，鱼跃水面，猪牛跳圈，狗哭狼吼等异常现象。动物异常的种类很多，有大牲畜、家禽、穴居动物、冬眠动物、鱼类等等。动物反常的情形，人们也有几句顺口溜总结得好： 震前动物有预兆，群测群防很重要。 牛羊骡马不进厩，猪不吃食狗乱咬。 鸭不下水岸上闹，鸡飞上树高声叫。 冰天雪地蛇出洞，大鼠叼着小鼠跑。 兔子竖耳蹦又撞，鱼跃水面惶惶跳。 蜜蜂群迁闹轰轰，鸽子惊飞不回巢。 家家户户都观察，发现异常快报告。 除此之外，有些植物在震前也有异常反应，如不适季节的发芽、开花、结果或大面积枯萎与异常繁茂等。

对研究区地质背景的了解，尤其是大地构造属性与地层区划及地层系统、岩相古地理轮廓的总体分析与把握，是开展层序地层学研究的必要前提。

一、地层区划特征

研究区位于湖南、湖北交界地带，属于上扬子地台东南缘，具有较典型的被动大陆边缘特征（王鸿祯，1978,1981,1982；赖才根等，1980,1982；王鸿祯主编，1985；王鸿祯等，1986,1990；周明魁等，1992；刘宝瑁等，1993）（见图1）。根据沉积类型、生物面貌、沉积厚度及层序结构以及顶底界特征等原则（王鸿祯，1978），自北向南，研究区可分属以下三个地层区类型（湖南区调队，1986；曾庆銮等，1987）。其总体特征如下：

（1）大致沿桃源热市—慈利龙潭河—吉首一线以北（北西），岩性及岩相与峡东宜昌一带类似。其奥陶系下部为较纯的碳酸盐岩，夹少量泥页岩；其上部则为泥质较多的碳酸盐岩，并有碳硅质笔石页岩等，最顶部为观音桥层。靠近慈利一带，奥陶系顶部—志留系底部则多有不同程度的缺失。生物群以三叶虫、头足、腕足等为主，间有笔石等。总体厚度300～400m。属于一种基底较稳定的台地相区沉积环境，即扬子区。

（2）以桃源九溪—黄石和慈利陈家河一带为代表，基本上沿武陵山南坡呈北东—南西向延伸。该区奥陶系沉积厚度较大（700～1000m）。其下部地层，自两河口期至牯牛潭期，以含泥的碳酸盐岩为主，夹多层碳酸盐角砾岩等碎屑流沉积，向上逐渐过渡为泥质—粉砂质沉积。奥陶系上部，自庙坡期至五峰期，该区则与扬子区相似，为含泥的碳酸盐岩与碳硅质笔石页岩，顶部出现观音桥层。生物群以扬子型为主，夹有江南型，反映了一种沉积基底较活动、沉降较大的台地边缘斜坡沉积环境，属于通常所说的扬子区和江南区之间的过渡区（武陵山小区）。

（3）以桃江响涛园—安化毛铺子一带为代表，奥陶系为一套厚度不大（300m±）的硅泥质、碳泥质、粉砂质板状页岩，中上部夹含锰碳酸盐岩及近源型浊积砂砾岩。其顶底分别与寒武系、志留系呈连续沉积，生物群以笔石为主体。与前两区相比，总体上显示出远离碳酸盐台地、相对饥饿的深斜坡－盆地沉积背景。该区即属于扬子区与华南区之间的过渡区，习称江南区（雪峰分区）。

二、地层划分与对比

上扬子地台东南缘的峡东—湘西北地区，是我国华南地区奥陶系经典研究区之一。地层研究工作最早可以追溯到20世纪初20、30年代。李四光（1924）、田奇镌等（1933）、王钰（1938）以及孙云铸（1941）等地学前辈，曾在该区内做过许多开创性研究。新中国成立以来，更有许多学者在此进行了多方面、多层次的工作，如杨敬之、穆恩之（1954）、张文堂（1957,1962,1982）、金玉琴等（1959,1964）、刘义仁、傅汉英（1984,1989）、安太庠等（1980,1987）、汪啸风等（1980,1983,1987），等等。另外，湖北省和湖南省地矿局所属单位等，则对该区进行了地质填图及专题研究，如湖北省地矿局三峡地层研究组、原地质矿产部宜昌地质矿产所、湖北及湖南区调队等。数十年的积累，已使该区的生物地层学及相关研究达到较高的水平。宜昌黄花场剖面等已成为我国奥陶系指定层型剖面（赖才根等，1982；汪啸风等，1987）。

本文基本沿用该区现有的地层系统（表1-1）。奥陶系的年代地层特别是阶根据赖才根等（1982）以及汪啸风和陈旭等（1996）的划分综合而成。笔石带、牙形石带则分别参照安太庠（1987）、倪世钊等（1987）、陈旭等（1993）、汪啸风和陈旭等（1996）、张建华（1996）等人的资料综合。寒武—奥陶系暂以Cordylodus lindstromi带的底界为界，奥陶—志留系暂以Glyptograptus persculptus带底界为界（汪啸风等，1987,1992）。系、阶界线年龄分别采用Harland等（1989）以及王鸿祯、李光岑（1990）和王鸿祯（1996）的数据。岩石地层划分基本根据曾庆銮等（1987）、湖南区调队（1986）及汪啸风和陈旭等（1996），但此次在湘西北划分出了大田坝组、舍人湾组等，并对桃花石组等岩石地层单位的界线，从层序地层学的角度进行了重新厘定（参见第八章）。

表1-1上扬子东南缘奥陶系多重地层划分对比表

三、沉积环境及古地理演化

已有的研究表明，奥陶纪时，扬子地台总体上处于靠近冈瓦纳大陆的南半球低纬度地区（王鸿祯等，1985；汪啸风等，1987;Chen和Rong,1992；刘宝珺等，1993;Wang和Chen,1995），这使得扬子地台奥陶系的地层沉积总体上以碳酸盐岩为主。但是，由于晚期的古纬度要比早期稍稍靠南（王鸿祯，1985；汪啸风等，1987;Chen和Rong,1992；刘宝珺等，1993;Wang和Chen,1995），并因此更多地受到了冈瓦纳大陆冰川及深凉水背景的影响，使得这块地台在奥陶纪晚期，无论沉积类型还是生物群面貌，都呈现出有别于早期温暖浅水的深凉水特征来（戎嘉余，1984;Chen,1984；陈旭等，1986；戎嘉余等，1987；曾庆銮，1991；王志浩等，1996）。而从鄂西到湘中，从碳酸盐台地内部经其边缘向陆棚斜坡和盆地的沉积相区的横向变化，使得该地区沉积环境的在时空上的演替，变得更为复杂多样（湖南区调队，1986；周名魁等，1993；刘宝珺等，1993；汪啸风等，1996）。尽管如此，在总体上，奥陶纪时本研究区及所在的上扬子地台仍可分为两个较大的沉积阶段，即：

1.正常温暖浅水碳酸盐台地阶段

该阶段时限为两河口期—红花园期。它们基本上继承着震旦纪末期以来的沉积背景和格局。这一阶段，研究区内又可分为以下三个相区：

（1）台地相区：自慈利龙潭河—桃源热市一线以北，包括峡东地区在内的广大区域；

（2）台缘斜坡相区：以桃源九溪—黄石及慈利陈家河一带为代表，沿武陵山南坡呈北东—南西向延伸的狭长地带；

（3）深水陆棚（斜坡）—盆地相区：以桃江响涛园—安化毛铺了—带为代表，沿雪峰山南麓向东南展布的地区。

2.淹没深凉水碳酸盐台地阶段

该阶段自大湾期开始，直到五峰期末。在这一阶段，上述的前两个相区基本合二为一，普遍发育含较深水环境生物组合的瘤状泥灰岩、具收缩纹泥灰岩等，呈现出较典型的广海陆棚沉积环境，但第三相区仍然存在。该阶段又可以牯牛潭期和庙坡期之间为界，分为前后两个次级阶段。前后相比，后者则发育有代表滞流、还原背景的黑色硅质碳质笔石页岩，反映了沉积环境等曾有较大变化。

“构造控制盆地，盆地控制沉积”（王鸿祯，1992）。下面，作者将以古斜坡坡度及沉积基底构造沉降速率的测算，来概括性地揭示研究区的沉积环境及古地理变化。

Middleton和Hampton（1973）曾经以大量而翔实的实际资料，总结过地层中碎屑流的厚度与古斜坡坡度角的关系，并提出了如下的经验公式：

Tcrit＝（K＋σntanφ）/ρ1gsinθ

其中Tcrit为碎屑流沉积岩的厚度，K为碎屑流静力学强度，σn为正常沉积静力学强度，φ为摩擦角，θ为斜坡角，ρ1为碎屑流润湿密度。对于润湿未固结的沉积岩，由于φ接近于零（Schofild和Worth,1968），因此上述公式可简化为：

Tcrit=K/ρ1gsinθ

又根据D=8.8K/g△ρ可求得K。其中D为重力流可搬运的最大球状砾石直径，g为重力加速度，△ρ为碎屑流和基质的密度差，因此

sinθ＝D·△ρ/8.8ρ1Tcrit

又因为对颗粒支撑的重力流而言，ρ与灰岩密度近等，即等于2.73g/cm3，△ρ则可近似地视为1.73g/cm3，所以

sinθ＝0.072D/Tcritθ＝arcsin（0.072D/Tcrit）

按照这一公式，根据研究区碎屑流沉积中最大等轴状或近等轴状砾石粒径数据，对古斜坡坡度和碎屑流静力学强度进行了估算，结果如表1-2所示：

表1-2研究区奥陶纪古斜坡坡度及碎屑流静力学强度表

注：HJ即九溪剖面，HH为桃源黄石镇剖面，HC为慈利陈家河剖面。O1p即盘家嘴组，O1m即马刀育组这三条剖面均属于武陵山小区。HX则为桃江响涛园（南石冲）剖面，O2n即南石冲组，属于湘中区。

从上表中可以看出：

（1）研究区奥陶纪古斜坡坡度为0.12°～1.40°。它们包含在现代所观测的可发生碎屑流的斜坡角范围中（0.1°～6.5°）（Embley,1976;Jacobi,1976），与李杰测算的川陕及湘黔交境晚寒武世发生碎屑流沉积的古斜坡坡角（0.28°～2.49°；1.07°～2.35°）相比较，总体上也是一致的。

（2）研究区内碎屑流静力学强度值的范围在102～104Pa之间。这与A.M.Johnson（1970）关于现代地表泥石流的强度（102～104Pa）及刘宝珺（1990）关于湘黔地区寒武纪碎屑流静力学强度（102～104Pa）李杰关于川陕、湘黔交境地区晚寒武世碎屑流静力学强度（103～104Pa）是基本吻合的。

（3）如果测量值没有大的偏差的话（不排除因露头面积所限、所能见到的最大等轴粒砾石的直径有可能会偏小等），那么，奥陶纪早期湘北九溪一带的古斜坡坡度角，看起来总体上要比晚期湘中响涛园一带的大一些。同时，根据当前的坡度测算值，并参考台地边缘湘北热市—茅草铺一带当时的古水深（潮间带附近）等，可以估算出湘北九溪一带和湘中响涛园一带古斜坡在理想状态下的“古水深”。其中，前者大多为100～200m，后者则为350～700m左右。这也从另一个角度说明了问题：前者属于碳酸盐台地前缘斜坡，后者则可能已属外陆棚缓坡地带或盆地相区（王鸿祯，1985；湖南区调队，1986；周名魁等，1993；刘宝珺等，1993）。前者大体上或可与现代热带－亚热带海洋的大堡礁及巴哈马台地边缘等相比照，后者则大致可与我国东海及黄海陆架外部等相对应。同时，这也表明，此前有关九溪一带“下奥陶统存在着等深流沉积”的认识（高振中等，1995）是令人怀疑的，至少是值得商榷的。

由此可见，上扬子地台东南缘湘西北—湘中一带的沉积基底，自北西向南东，大致上从坡度稍陡的碳酸盐台地前缘斜坡，逐渐转换为坡度较缓的外陆棚缓坡或盆地相区，基本上继承了震旦、寒武纪以来的面貌（刘宝珺，1991；刘宝珺等，1993）。而由于红花园期之后碳酸盐岩台地的被淹没（刘宝珺等，1993）和沉积充填，坡度稍陡的碳酸盐台地前缘斜坡，已随之转化为坡度较缓的陆棚缓坡的一部分。即自大湾期开始，研究区的沉积基底环境又有了一些改观。

Von Bubnoff（1954）最早运用了时间－沉积厚度曲线，即平均沉降速率来表达沉积盆地沉降史。尽管它比现在的“反剥法”所达到的精度稍低，数值稍小，但最终所获得的趋势与后者是基本一致的（刘宝珺等，1993）。因此，在缺乏孔隙度及压实比等参数的情形下，人们仍可以直接用现在的实测地层厚度，参照一些界线年龄来求得这一数值。下图即为作者根据研究区的4条奥陶系基干剖面的实测数据，参照现有的奥陶系各阶年龄（表11），做成的研究区奥陶纪基底沉降曲线（图1-1）。

图1-1研究区奥陶纪基底沉降曲线对比图

Ⅰ—桃江响涛园；Ⅱ—宜昌黄花场；Ⅱ—桃源热市－茅草铺；Ⅳ—桃源九溪

从图中可以看到以下特点：

1.各区基底沉降速率的差异

总体上沉降最大、最快的地区是九溪剖面所代表的武陵山小区，即台缘斜坡区。其次是热市—茅草铺剖面所在的八面山小区，它属于台地相区，但非常接近台地前缘斜坡，大致相当于枢纽带（hinge）附近。再次则是黄花场剖面所在的峡东区，属台地内部相区。沉降最小、最慢的地区是响涛园剖面所在的湘中区，属外陆棚斜坡－盆地相区。这说明相区的形成及地层区的划分，实际上首先是由沉积基底的稳定程度所决定的。

2.各地区普遍存在这样几个基底沉降演化阶段

（1）两河口—红花园期：属于强沉降阶段。沉降速率范围为4～25m/Ma，顺序为九溪＞热市＞黄花场＞响涛园。反映研究区所在的上扬子地台及其边缘，总体可能处于一种热沉降拉伸或裂谷状态（Miall,1990;Einsele,1992；刘宝珺等，1993），并有可能最终导致了整个地台区和碳酸岩台地的被淹没（刘宝珺等，1993）。这一时期不仅在斜坡（湘西北九溪一带）及盆地相区（如湘中新化等地）均出现了较典型的类复理石式浊积岩（湖南区调队，1986），而且在台地内部相区的峡东一带，也出现了碳酸盐角砾岩等重力流堆积（雷卞军等，1996），可能就是这种应力背景状态的一个突出表现。

（2）大湾—牯牛潭期：属于弱沉降阶段，沉降速率范围降低为1.9～7.3m/Ma，总体上远远小于前一阶段的幅度，但顺序有所变化，为九溪＞响涛园＞黄花场＞热市。其中前两者的速率十分接近，不过，响涛园的沉降幅度却超过了前期。而后两者的幅度比前期减少了许多。反映出上扬子地台及其边缘的热沉降拉伸或裂谷状态，比前期减弱了许多，并可能有某种调整。因而在其末期导致了上扬子地台及其边缘整体露出海平面，并遭受到不同程度的剥蚀（汪啸风等，1996）。

（3）庙坡—临湘期：属于极弱沉降阶段。沉降速率均变得非常低，为0.7～1.2m/Ma，四个地区很相似，仅九溪剖面稍稍小些。反映出研究区总体上可能处于构造沉降甚小、整体较为稳定的均衡状态，并很可能在早期出现了较快、较大幅度的海平面上升，造成了缺氧事件，从而使其代表性产物－黑色笔石页岩，几乎遍布原来各个相区（湖南区调队，1986；曾庆銮等，1987）。后期虽有改观，但总体仍远离物源区——不管是碎屑岩滨岸，还是碳酸盐台地，属于一种相对稳定、还原的沉积环境，因而有利于较为均一、厚度不大的瘤状泥灰岩、具收缩纹泥灰岩的形成（陈旭等，1986）。并在末期有可能逐渐暴露或接近暴露，因而一些地点出现了白云岩等（刘永耀等，1984）。

（4）五峰期：总体属于弱沉降阶段，但各地差异较大。沉降速率范围可从2m/Ma增至12m/Ma。其中，热市一带因后期剥蚀缺失而难以估算，余者的顺序为九溪＞响涛园＞黄花场。反映该区可能又出现了新的热沉降拉伸，如湘中桃江—安化一带发育了近源浊积岩（徐熊飞，1980）。末期则因出现了挤压状态（刘宝珺等，1993），造成了以热市一带为代表的湘鄂黔交界地区局部隆升成陆，并遭受剥蚀（穆恩之，1954；湖南区调队，1986）。

本次大会的交流形式主要有5个方面：

第一为以展馆的形式集中展示地质成果，多以国家的形式出现比如中国馆、美国馆、俄罗斯馆等，另外一些大型国际地质组织、大型石油公司、地质仪器公司、软件公司、出版社等也以展馆的形式集中展示成果，在展馆中展示城市地质成果的主要为中国馆和挪威馆。中国国家馆主要以地质专业的角度展示近几年来取得的丰硕成果，其中在工程地质专业下重点介绍了中国城市地质试点工作情况，包括上海城市地质及北京城市地质等内容。挪威国家馆中城市地质专题主要简单介绍了城市地质的主要研究内容，挪威国家地质调查局在奥斯陆地区开展城市地质调查项目，项目从2004年到2008年，主要研究内容包括地质资源、地质灾害等10个方面的内容。

第二、第三为以大会发言和展板的形式介绍城市地质。

由于没有专门的城市地质专题讨论会，因此直接以城市地质为命名的大会发言或者展板内容相对较少。其中大会发言中中国地质调查局的“中国城市地质”在“地质科学管理在可持续发展与人类安全中的作用”专题中发言。展板中“上海城市地质”在环境地质专题中展示。但是从单项的城市地质调查来看，与城市地质有关的内容非常多，本文将在后面重点介绍。

第四为专门交流会，时间上大多在休息时间为主，比如在8月10日（星期天）就安排了20场左右的交流会，内容方面多是专门、专题及综合讨论会的延续和深入，主要以参会的某专业领军人物召集本专业的相关人员对某个问题进行更广泛深入的交流。其中城市地球化学方法在城市环境研究中的应用专题邀请来自世界各地的专家一起讨论，内容主要包括地球化学本底、城市地区的系统地球化学成图、采样深度确定、样品选择、如何处理有机及矿业土壤、分析方法选择，有机污染物多环芳烃、多氯联苯、二恶英、邻苯二甲酸酯、溴化阻燃剂等的评价。

第五为野外地质考察，大会组委会在会前曾计划安排“瑞典与芬兰城市地质中工程地质”的地质考察，主要针对的地质问题有，福斯马克核电厂及核废料处置场，隧道工程、电厂、地下水问题，岩石应力测量，岩石稳定性监测等。赫尔辛基在建的隧道开挖与地下建筑工程，软土地基稳定性问题，地下水问题等。后来由于其他原因该计划取消。另外还安排了“奥斯陆城市地质化学”，即在8月6日下午城市地球化学成图专题讨论会后，由挪威、瑞典与芬兰地调局召集安排野外实地调查，主要现场了解已经成功进行了3年的试点项目即奥斯陆城市地球化学项目，关于地球化学调查方法与城市污染土的管理系统。

由于大会议题中涉及的专业非常多，一般都是有近30个左右的会议在同时进行，而每个发言者的时间一般在15～30分钟左右，因此只能选择与专业有关部分专题到现场听取较详细的汇报。在中午休会以及会后则抽时间对展板的内容进行学习和交流。其他内容只能通过大会交流材料摘要合集来了解和学习。

一、城市地质综述

（一）城市地质综合调查

1.国内城市地质综合调查

在“地质科学管理与可持续发展”专门讨论会中中国地质调查局做了中国城市地质调查工作的发言介绍，主要从中国城市地质的主要特点、主要任务、主要方法、主要成果及将来的工作方向等方面逐一阐述，其中主要任务有5个方面，分别是：三维地质调查及地下空间适宜性评价、地质资源调查及可持续发展评价、主要地质灾害调查及风险评价、环境地球化学调查及土壤与地下水环境评价、三维可视化信息系统的构建与管理等。另外上海地质调查研究院以展板的形式介绍了上海城市地质调查的主要内容和主要成果以及关于城市地质工作机制的探讨。

2.国外城市地质综合调查相关介绍

为更好地使地质科学满足社会经济的发展需要，挪威国家地质调查局在奥斯陆地区开展城市地质调查项目，项目主要研究内容有10个方面：氡灾害、地面沉降、城市土壤污染、地热、砂矿资源、地下水、矿产地质、基底稳定性与监测、流粘土灾害、地质教育。

东京城市可持续发展过程中面临的主要地质问题有地震、洪水、风暴潮、地面沉降等，这就要求地质学家和相关的政府部门必须致力于东京大都市城市地质状况的工作，自从1959年出版了东京相关地质成果图以来，又进行了多次的修订。另外，还建立了一个关于地下水利用和地面沉降的监测系统，另外地质信息系统，从1970年以来，形成了关于70000个钻孔的柱状剖面图的数据库。这些系统对政府还有科研者提供了很大帮助，比如建设地铁、高速公路、污水排放系统的重建等，还有地震灾害分析，研究隐形断层，地下空间开发等。

（二）城市水资源与环境

美国东南密歇根州城市化地区利用地理信息系统评估潜在的区域地下水污染，研究了多环芳烃、多氯联苯及铅等污染物在不同介质中对地下水的影响程度。英国对地下水进行战略性管理和治理，把最先进的知识和技术运用其中以维持高品质的地下水资源，满足经济和生态系统的需求。莫斯科地区城市地下水监测网络在20世纪已经开始建设，现已形成280口监测井，用于地下水动态监测。另外还对莫斯科地区人类活动对地下水环境的动态影响进行了研究，尤其是对地下水流场、水化学、水位及水温的影响，通过与背景区的对比发现；城市地区地下水的许多运动机制已经发生改变。葡萄牙介绍了基于GIS技术的地质图在城市地下水资源管理和评估方面的应用，利用此系统可获得大量的水文地质资料，可以建立含水层参数系统，对比岩性、含水层深度、地下水化学参数和土地使用情况等信息进行对下水脆弱性评价研究。瑞典则对基岩埋藏较浅地区的地下水的水质进行了评价。意大利就水文地质风险及其缓解措施进行了研究，1998年Sarno地区泥石流灾害发生后，意大利政府在全境内加强了对水文地质灾害的预防措施。 Re NDi S项目由意大利地质调查局实施，旨在确定灾害风险的类型及其特性，研究如何缓解地质风险的措施，提高对灾害的综合认识。另外还对意大利Friuli Venezia Giulia地区地下水水文地质进行了调查，结果表明此地区浅层地下水的主要补给来源是地表水渗入和冬季降水，这种补给方式使得浅层地下水很容易受到城市地区和工业排水的污染。

墨西哥Irapuato和Salamanca两个城市城市用水大多靠地下水，受污染水通过断层将污染带到深部含水层，通过对地下构造及水文地质的调查，使用SINTACS评估方法，并结合使用GIS技术，制定地下水保护计划。挪威卑尔根有许多世界建筑遗产，通过对古建筑附近地下水化学性质、地下水压力及土壤湿度等指标的长期监测，研究地下水环境对古建筑保存的影响。南非贝宁地区研究城市和农村地下水遭污染的一些特征，依据已完善了的地下水流的数值模型，通过研究可调节的管理策略来维持贝宁地区的高品质地下水的供应。摩洛哥绘制了丹吉尔地区含水层的污染风险地图，采用DRASTIC方法研究水文地质条件，研究地下水环境的脆弱性，结合城市规划对地下水污染风险进行分区和分等，研究表明东部工业区使含水层的脆弱程度增高，具有中度的污染风险。印度西北有几个城市在地表水和地下水的相互作用，地表水的不合理规划与利用导致地下水位上升造成建筑物地基、桥梁、隧道、管道等其他公共设施的损坏，其次地表水的污染物大量回落到地下水，污染了地下水。另一方面，过量开采地下水又使承压水位下降，扩大岩石孔隙，减少岩石强度，造成建筑物倒塌，如果合理管理和规划城市地区地下水和地表水的综合利用将可以避免以上灾难。另外还对印度普纳市东南部由固体废弃物处置引起的地下水污染进行了调查研究，普纳市附近的垃圾站已经使周围的12口井和两条溪流污染，并且距离堆放场越远的地方地下水受污染的状况越轻，那些远离堆放场的地下水没有受到污染，而且即使进‘行地下水回灌修复，堆填场附近的地区地下水仍然污染严重。韩国对地下水中砷污染的自然成因进行深入调查，研究了地下水p H值、沉积作用、变质作用对地下水中砷含量的影响。

（三）城市地质灾害综合调查与评价

1.城市地质灾害综合调查

俄罗斯地调局在莫斯科地区进行了地质灾害与地质环境综合评价项目，通过GIS信息技术对不同种类的地质灾害进行综合性的分析与评价方面进行了尝试研究。根据其滑坡、喀斯特岩溶、地下水位上升等灾害及其地质环境特征，结合城市发展对生态以及经济社会的要求，绘制了莫斯科地区1∶50000地质环境地图，结合城市的功能区划分地质环境分区，提出了一些关于安全城市发展的建议。另外还对2014年冬奥会举办地索契的地质灾害与环境风险进行了评估，主要包括地震构造、水文地质、工程地质和其他环境勘探研究灾害预测等。

在加拿大城市地区自然与人为环境灾害的调查与风险评价论文中，提出建立跨学科、跨地域、长期性的灾害风险综合研究是十分必要的，其目标是研究灾害的特征、破坏性和风险性，在复杂多变的条件下确定灾害风险性，通过监测研究等较少灾害对人类的危害。近年罗马城市化程度不断提高，罗马是一座历史名城，评价其地质灾害相对较难，复杂的全新世沉积物、较厚的人类活动造成的回填土以及大量的受保护的古建筑都给研究工作带来了一定难度，罗马主要的地质灾害有地面沉降、岩溶、滑坡、地震以及固体废料。基于GIS信息平台整合历史时期的相关地质信息，建立了3D地质模型，以半定量的方法评估地质灾害，所获得的方法体系适用于历史背景悠久的城市，更有利于城市的可持续发展与管理。巴西贝洛奥里藏特市未来地质资源与地质灾害研究项目已经在城市规划中得到了应用，通过对土地资源和洪水以及河流侵蚀等资源与灾害的分析，结合将来千万级大城市的定位，为城市规划提出城市发展的重点应从南部向北部转移。

2.城市地质灾害专项调查

1）地震与火山

在城市地质地震与火山灾害研究中，意大利有多项研究成果做了大会发言和展览。通过历史文献记载以及野外的调查，对1908年发生在意大利南部的墨西拿市地震的地质效应进行了评价，主要次生灾害有海啸、滑坡、泥石流、地裂缝、地面塌陷等。意大利Campi Flegrei活火山的城市化应急管理系统中，用高、中、低三种指数来定义火山爆发情景，应急规划区和人们可以紧急集合和疏散的区域与铁路系统的主要节点接近度。另外的研究还建立了火山碎屑流的动力学模型，为城市规划与灾害管理服务，在地震的监测与防治方面制定了相对成熟的预防方案。意大利在评价活动断层灾害如何更好地为土地利用规划服务方面也做了尝试研究。印度对新德里、孟买、班加罗尔等城市进行地震危险性分析，这些城市人口密度逐渐增大，一旦遭受地震将产生严重灾害，在城市规划中如何降低地震风险进行了初步研究。在孟加拉国吉大港地区地震危险性评估论文中，介绍了通过航空遥感与地球物理的方法寻找不同类型地质条件对地震波的反映情况，并将研究成果应用于在城市规划的地震灾害防治中。

随着城市化进程的不断持续，到21世纪中期将有一半人居住在城市，城市化使大城市越来越多，以至于有许多城市会处于地震多发区，美国、加拿大、日本还有一些其他国家的地震防治工程取得了很大成就，可以将地震对人的伤害降低到较低的水平。1989年和1994年加利福尼亚大地震造成不到70人死亡，但是在发展中国家对抗击地震灾害风险的研究还相对滞后。相关介绍还有日本在对地震灾害模拟方面的研究，北非阿尔及利亚、埃及、利比亚、摩洛哥、突尼斯等国家在城市规划中加强对地震灾害的合作研究与预防。

2）滑坡

韩国绘制了汉城方圆1500平方千米的滑坡预报地图，利用包括两个地形学和岩石学的因子，4个土壤属性因子建立logistic回归方程，预测潜在滑坡。意大利安科纳市滑坡预警预报系统主要包括7个表面污染监测系统和33个GPS大地测量，同时也建立了三维立体的钻孔控制系统，监测数据实时传递给监测中心，以便及时进行滑坡的预警预报。另外运用不同年份的土地利用类型图与滑坡分布图进行叠加分析，研究大城市地区滑坡的风险性。相关的研究工作还有莫斯科对滑坡和泥石流的建模与监测，孟加拉国吉大港城市的无序发展导致滑坡灾害，巴西、印度、意大利等一些城市对滑坡防治的研究。

3）城市环境地球化学

在美国克罗多州丹佛大城市地区开展了1972年和2005年的土壤地球化学环境变化对比研究工作，2005年美国地质调查局采集表层土壤497个样品，涉及市区1165平方千米的区域，测定44种元素。然后将测得成果与1972年的样品数据进行对比后发现锌、砷、汞、镉、铜和锑的变化规律非常复杂，而铅则有非常明显的范围扩大的趋势。在土壤和地下水潜在污染的分析评估模型方面美国密歇根州作了研究，对比不同地区土壤及地下水各种污染特征，对地下水来说含有氯的挥发性有机化合物和六价铬具有最高的危险性，而土壤中多氯联苯、汞、多环芳烃具有最高的危险性。

英国开展了伦敦、贝尔法斯特、格拉斯哥等22个城市的地球化学基线调查，测定46种元素或参数，采集近16000个样品，提供了独一无二的英国城市土壤地球化学图。另外还对内分泌干扰物质（环境激素）对人类健康的影响方面做了深入的研究，近50年来，内分泌干扰物在环境中的含量有了很大的增加，包括农药、阻燃剂、防腐剂、表面活性剂等产品，以及化妆品、洗涤剂、食品包装和其他化学物质。许多内分泌干扰物，包括多氯联苯、二恶英和滴滴涕的代谢产物，在环境中有广泛存在，并且由于其亲酯性，可通过生物链进入人体，并通过女性传递给后代。此外，人们的饮食中也含有越来越多的动物激素。通过研发发现，这些越来越多的内分泌干扰物会诱发癌症特别是乳腺癌和前列腺癌。

俄罗斯许多城市表层土壤可能对人体健康存在威胁，在政府管理及决策时应以生态安全为目的有机考虑生态、经济、社会等因素，AHP评价方法的研究可为决策者提供更具体的研究成果，保证表层土壤的安全利用，另外还介绍了不同的污染城市土壤修复技术。

1998年瑞典开始了城市地球化学填图计划，其目的是能够给社会提供可靠的环境背景数据信息，已经有4个城市获得多种样品包括土壤（表层，深层）、苔藓植物等的45种元素的背景值，如银、砷、金、钡、铍、铋、镉、钴、铬、铜、铁、镧、锂、镁、锰、钼、镍、磷、锑、硒、锡、钽、钍、钛、铊、铀、钒、钨、钇和锌等，另外也对如何在地球化学统计计算方面避免一些失误作了简单介绍。

在城市区域的污染范围确定方面，挪威地调局在奥斯陆地区进行了试点，布置穿越市区的南北方向长120千米的剖面，沿着剖面的横截面收集土壤和植物样本，研究的主要目的是研究反映在土壤和植物化学中城市污染的影响和范围。检测指标为银，铝，砷，金，硼，钡，铋，钙，镉，钴，铬，铜，铁，镓，汞，钾，镧，镁，锰，钼，钠，镍，磷，铅，钯，铂，硫，锑，钪，硒，锶，碲，钍，钛，铊，铀，钒，钇和锌等。在挪威的三个主要城市的表层土壤有机污染物调查已经完成，在奥斯陆、卑尔根和特隆赫姆分别采集719、309和75个样品，分析了样品中多环芳烃（PAHs）含量情况。结果表明，内城显示高浓度的PAHs，城郊土壤含量相对较低，PAHs的来源主要为燃烧源。另外还介绍了城市中有毒污染物及其分散机理的研究成果，人类过多的活动导致城市环境中介入了大量的有毒污染物，市中心已被证实含有大量的重金属如铅、镉，还有其他有机有毒物，如二恶英、多环芳烃、多氯联苯等，在挪威的城市土壤里检测到了很高浓度的这些有毒物。另外在31座港口和海边城市的海底沉积物中也有较高的检出率，总的说来海底沉积物也被严重污染。城市地球化学的研究表明很多污染物是通过雨水传播的，目前正在研究城市土壤环境对海水环境的影响。

葡萄牙介绍了北部城市的氡危机情况，开展调查的目的是评估葡萄牙北部城市的氡浓度和控制各种氡的最重要的地理因素，研究表明葡萄牙北部城市区域在土壤和地表水出现中等偏高的氡危机。另外通过对1987～1992年室内氡辐射的测定，获得了大量数据并进行了统计学分析，对氡辐射风险进行了预测，为规划和建设提供支持。

地理信息系统（GIS）和多元统计方法被用来评估追踪香港城市郊区及乡村公园的重金属污染，和乡村公园相比，铜、铅、锌在城市和郊区的土壤中含量较高。元素的主成分分析与聚类分析结果显示主要元素和痕量元素在城市、郊区、乡村公园的聚类特征都不相同。运用地球化学与地球物理相结合的方法，研究波兰南部西里西亚工业区土壤中的地球化学污染异常，来精确绘制污染地区和绿色生态评估区域，该种方法经济有效，降低样品数量和化学分析，实地样品只局限于那些污染严重的地区。芬兰根据两个样品深度研究城市土壤地质化学基线，已经初步绘制了地质化学图。巴西圣保罗市在城镇体系中用铅同位素作为大气污染物示踪来研究铅污染的来源，铅的主要来源为工业废气、城市废气和汽车尾气。丹麦在土壤原位分析测试评价以及污染土壤原位修复方面介绍了最新研究成果。

3.其他

菲律宾在地质和地质灾害评估纳入环境影响评估和全国土地利用规划系统并成为一种制度方面，进行了有益的探索。另外俄罗斯、意大利、芬兰等城市的工程地质研究，意大利城市地区地面沉降的控制研究，以及地质信息系统与地质建模等方面由于篇幅限制不在详细介绍。

二、城市地质的几点思考

1.城市地质的核心部分仍是地质学

随着科技与社会的进步，城市地质学的概念不断在变化和拓展。城市地质学的核心部分仍是地质学，研究区域多为人口稠密、工业发达及城市化水平高的地区，这就要求在城市地区地质学研究的精度要大大提高。世界上每个城市所面临的主要地质问题不尽相同，城市地质学几乎会碰到地质学领域的所有问题和难题。城市地质学的单项研究比如城市工程地质、城市水文地质、城市地球化学等均为地质学的延伸或互相渗透，其内容可以延伸为城市的资源、环境、工程及安全等的可持续利用与发展方面提供保障。

2.城市地质的最大特点是综合性

本次33届国际地质大会由英国地质调查局提出“One Geology”的概念，目前翻译成中文比较多的提法是“大地质”，主要强调全球的统一成图，所有国家的联合合作成图，不同专业地质图的相互叠加与高效利用。城市地质其实可以理解成某城市的“One Geology”，这里不仅有整个城市地区的统一成图，更重要的还有众多地质问题的综合调查与研究，而不单单是某项地质工作的调查与评价。

城市地质学的性质，注定了其多参数、多目标、多学科综合的特性。城市地质学的综合属性，注定要组织跨学科、跨行业、跨部门的艰苦探索和攻关创新，注定了从事调查、研究的专家必须具备多元的知识结构和现代的管理理念。城市地质学知识系统的复杂性，注定了这门学科必须具备当代新学科、新技术、新方法的侧向分工和优势集成。城市地质学的用户众多，注定了其操作层面和服务平台必须具有多参数、立体化的“数字城市”的现代结构。

3.城市地质的生命力在于它的应用性

城市地质的特点决定了其成果必须具有很强的应用性和实用性，即如何使地质成果更好地应用到城市的规划、建设与管理中。在服务于城市规划方面，如何更好得为城市总体规划、区域性规划提供基础地质资料、为专业性规划提供相关的专项研究成果、为城市重大工程的规划选址提供综合性成果；在服务于城市建设方面，如何为地下空间的开发利用、重大市政工程所面临的地质问题、建筑工程的建设等方面发挥作用；在服务于城市安全方面，可为城市生命线（地铁、高架、防汛墙、天然气管网等）的安全运营、城市用水安全与应急水源地建设、防治地质灾害研究以及地质灾害应急抢险等方面服务；在服务于土地资源管理方面，可为土地利用总体规划修编与实施评价、基本农田的划定与保护、后备土地资源的利用、土地复垦与土壤修复、土地利用绩效评估等方面服务；在服务于生态环境保护方面，可为水土体的环境质量监测、垃圾处置场环境风险评估、生态住宅等方面服务。

4.城市地质的活力在于方法技术的革新

城市地质学作为一门学科，其自身理论体系的构建相对较复杂。从城市地质研究的内容来看，每一项都有各自的理论体系，从专业上来分比如基岩地质、第四纪地质、水文地质、工程地质及地球化学等，从研究领域来分比如资源、环境及工程等。另外不同的城市其所开展的有针对性的研究课题也不尽相同，但归根结底还是与该城市所面临的主要地质灾害与地质问题有关，针对每种地质灾害的研究都有相互独立的理论体系，比如地面沉降、滑坡、泥石流、活动断层等。如何将不同的理论体系提高升华到城市地质的理论体系是一个非常复杂的难题。城市地质研究中的方法技术的革新将有助于城市地质理论体系的完善和构建。在进一步完善城市地质调查技术和工作流程规范基础上，编制《城市地质调查工作指南》，提高城市地质调查工作的效率。借助相关领域的新技术、新方法，尤其是GPS、GIS、RS等新技术，在调查的方法手段、不同专业领域的集成综合评价方法技术、地质灾害的动态监测与预警预报、地质成果或结论的从定性到定量判别、地质环境的数学模型与经济学分析、城市地质工作在城市经济发展中的贡献度等方面不断有新的突破和认识，不断提升城市地质的活力。

5.城市地质发展的动力要依托新的机制

我国城市地质试点工作已经开展了4年，每个试点城市都取得了丰硕的成果。新的工作机制探索将有助于城市地质工作快速的发展。今后城市地质工作中将加快建立健全长效管理机制，切实增强城市地质工作对经济社会发展的持续保障能力。完善深化调查成果和建立城市地质工作长效机制相结合，进一步加强城市地质调查成果应用示范，推进调查成果的深化和转化。深化完善地质信息动态更新、社会共享机制和建立城市地质工作长效机制相结合。深化完善调查成果转化工作与建立城市地质工作长效机制相结合。新的工作机制探索的目的主要还是使城市地质工作更好的纳入到城市规划与建设体系当中，以便更好的发挥城市地质工作的经济社会效益，提高在城市经济社会发展中的贡献度。

由于时间紧迫，城市地质涉及的专业众多，关于本次大会中城市地质研究内容的介绍难免会有些遗漏，另外文中的其他差错，敬请批评指正。在城市地质论文摘要编写、展板制作过程中得到了中国地质调查局庄育勋主任、翟刚毅处长、程光华教授，以及上海市地质调查研究院魏子新院长、严学新总工、王寒梅副总工、史玉金主任工程师等领导专家的悉心指导，特此感谢。在参加第33届国际地质大会期间以及本文的编写过程中，得到了与会的中国地质调查局代表团诸位团友的大力支持和帮助，在此一并表示衷心感谢。

（何中发执笔）