城市地质学综述

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二、 城市地质灾害
在人类活动的干预下,地球各圈层相互作用 以全球变化的形式引起自然地质灾害进一步恶 化,自然和人为灾害成为影响世界上许多城市安 全的最大隐患。几乎所有的地质灾害, 包括滑坡、 泥石流、 地震、 地面沉降等, 都可以威胁到城市的 安 全 。 随 着 (4 世 纪 +4 年 代 “国 际 减 灾 十 年 ” 计划 的实施,世 界 各 国 大 大 加 强 了 对 地 质 灾 害 的 调 查 与研究,如 澳 大 利 亚 建 立 了 比 较 完 整 的 城 市 自 然 美国中西部地区目前正在 灾 害 风 险 管 理 机 制 !3&% ; 开展地质灾害填图 !3)!3*% 。在亚太地区, ?9@/6 城市 地 质 项 目 提 出 “城 市 地 质 学 即 安 全 地 质 学 ” 的 说 法, 意在引起人们对地质灾害的重视 !3+% 。
将城市地 ’&&& 年我国开始的国土资源大调查, 质调查列为一项主要任务。中国地质调查局先后已 经在北京、上海、杭州等城市开展城市地质调查试
收稿日期: 改回日期: !""#""$""! ; !""#""%"!& 作者简介: 李万伦 (’&(!" ) , 男, 中级馆员, 从事地学情报研究。
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城市地质学就是运用地质学知识解决城市发 展和城市居民生活中所遇到的、与地质作用密切 相关问题的一个新领域。城市地质的起源比较早, 最 早 的 一 部 城 市 地 质 学 专 著 是 大 约 在 ’& 世 纪 中 叶, 奥 地 利 著 名 的 地 质 学 家 埃 德 沃 德・休 斯 撰 写 的 《维 也 纳 地 质 》 。休斯也因此被称为城市地质学的 鼻祖 。
资源调查与评价
第 !! 卷
(一) 方法 城市地质灾害调查需综合利用地质与地球物 理勘探 (包 括 遥 感 ) 的方法。最基本的方法就是区 域地质灾害填图法,主要用于了解其空间分布情 况及成因机制, 编制灾害区划图及灾害预测图, 从 而为城市规划提供科学参考。地震是一种极为严 重的城市地质灾害。近年来, 美国地调局汇同有关 部门在中西部地区开展了区域性大比例尺城市地 震灾害填图, 目 前 将 完 成 孟 斐 斯 市 的 填 图 工 作 !"#$ 。 在孟斐斯市地震填图过程中,发现了大量地震液 化砂脉
国土资源科技管理
的问题, 为了提高城市空间利用效率, 加速地下空 间开发与利用就提上了日程
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维地质模型。 这方面已经有一定的成功经验可资借 鉴。例如, 意大利佛罗伦萨城市地质工作组利用从 公 共 机 构 和 私 人 公 司 收 集 来 的 岩 性 地 层 测 井 (钻 孔) 的完整记录建立了一个数据库, 并 通 过 589 来 管理, 建立了佛罗伦萨盆地前湖盆相沉积物的三维 几何形态、 沉积序列、 地质构造的三维图形, 建立了 地下水动力学系统及历史地质遗迹的分布情况 !3(% 。 此外, 意 大 利 /:;00<=(意 大 利 南 部 城 市 ) 和都灵市 也建立了三维地质和地质技术模型 !3>!3"% 。 (三) 对策 由于工程实践的需要及相关工程勘察法规的 颁布, 我国许多城市都开展过工程地质、 水文地质、 环境地质等方面的调查,总体上对城市地区的构 造、 地层、 岩石和土壤及地下水等的地质情况大致 了解。 但对具体工程来讲, 这些资料还是太粗略。 特 别是有史以来, 人类活动加速了城市地质作用的进 程, 干扰和破坏了城市原有的地质环境条件, 增加 了一些不确定因素。为此, ! 各城市应当充分 收 集 钻孔资料, 并进行必要的梳理, 建立相应数据库;
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, 对未受扰动的连续钻孔岩芯样品进行了
试验, 结果表明经水力充填的复垦土极易于发生强 震液化。 (二) 发展方向 当前城市地质灾害研究最主要的发展趋势是引 入风险评估方法, 把各种信息进行集成处理, 形成更 易于非专业人员所理解的评估图。 如 ’-4. 等通过对 罗马附近浅层环境中与有毒气体的迁移、积聚和产 生有关的多种地质因素进行分析、 评价和打分, 并绘 制了不同因素主题图, 然后在 (5* 中进行图层叠加, 得到各种需要的图件,包括该地区火山有毒气体风 险图
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会 “城市地质” 专题的讨论内容, 初步认为, 目前城市 地质学的主要研究内容包括: 城市三维地质条件、 城 市地质灾害和城市环境污染。
一、 城市三维地质
不管旧城改造, 还是新城开发, 都需要进行大量 的工程场地勘察,以便获得尽可能详细的三维地质 资料。 在历史上, 早期的城市地质基本上等同于工程 地质,其原因也在此。当代全球性的城市化进程加 快,许多城市都已面临着地表可利用土地资源枯竭
!**1 年 % 月第 +! 届国际地质大会在意大利召
开, 会议设立了 “城 市 地 质 ” 专题, 共收到论文摘要 比上届有明显增加。大会又分了 + 个小组进 $! 篇, 行讨论, 即: !城 市 地 球 科 学 ; "城 市 地 下 空 间 的 开 发与地球科学; # 城市地质灾害与风险评估和响应。 其中第一部分包含的内容相对比较广泛,而第二和 第三部分相对比较集中,代表了当今城市地质的热 点和前沿。 结合 !**1 年美国地质学会中西部地区年
钻探与地球物理勘探相结合的方法, 通 过 收 集 大 量资料, 建立比较完整的数据库, 并借助 于 地 理 信 息系统, 建立三维地质模型; 城市地质灾 害 调 查 需 综合运用遥感、 地质和地球物理勘探方法 , 以编制 城市灾害分布及预测图, 并进行风险评估 ; 城市环 境污染调查则主要运用勘探地球化学 技 术 , 在 区 域地球化学填图的基础上,结合各项 地 质 环 境 指 标监测, 采用风险评估方法, 以评价和预 测 环 境 污 染状况及其未来趋势。城市地质各项 成 果 向 数 字 化、 可视化的信息产品转化, 为更多用户 提 供 信 息 服务, 促进城市规划、 土地利用与开发, 是现代城 市地质学发展的必由之路。 关键词:城市地质学; 三维地质条件; 地质灾害; 环 境污染 中图分类号: ,#$-)) 文献标识码: .
资源调查与评价
第 !! 卷
文章编号: (!$$’ ) #$$%"&!#$ $("’%"$’
wk.baidu.com城市地质学综述
))李万伦
(中国地质图书馆, 北京 ’***%+ )

要:城市三维地质条件的调查 主 要 采 用 机 械
点。已经有不少人对国外城市地质发展态势及当 前城市地质调查工作的任务、方法和思路等进行 阐述 /!!+0 。 城市地质学是一门新的应用性地球学科, 涉 及 问 题 和 范 围 比 以 往 任 何 时 候 更 加 广 泛 。 ’&&$ 年出版的 《城 市 地 球 科 学 》 专著虽然从学科的角度 对其进行了比较全面的总结和论述,但矿产资源 部分仍占较大比重,这与当代城市地质学侧重环 境保护问题的特点不相匹配。
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其实, 不仅地质学家在研究自然灾害过程对城 市造成的风险, 其他许多领域的专业人员 (如 城 市 规划人员和经济学家) 也都在研究如何评价这些事 件引起损失的方法。 789:/;.<=>)> 等 提 出 了 一 种 综 合性的方法, 称为 “地 质 敏 感 性 及 其 可 能 损 失 综 合 分析模型” , 或 (* #?= 模 型
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。探地雷达
是近年来国内外都非常重视的一种新技术, ( 567 ) 被广泛应用于探测城市地下浅层埋藏物的分布。 但 美国出于军事和交通安全的需要, 对其使用的频率 范围作了一定限制, 使得其探测范围和探测效果受 到较大影响
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(二) 发展方向 随着三维计算机软件的日益发展和成熟, 国外 借助于地理信息系统 (589 )来管理空间地学信息 与各种资料, 包括各种钻孔资料和地球物理测井资 料, 建立相应的地学信息数据库, 进而建立城市三
"积极探索各种地球物理勘探方法在城市地质中
。 为此, 首先必须要
摸清城市地下地质的详细情况, 在充分收集资料的 基础上, 应建立三维地质模型, 以满足工程建设与 三维城市规划的需要。 (一) 方法 由于城市一般都修建在第四纪沉积物厚度比 较大的地区, 因此自然露头比较少。机械钻探作为 一种探测地下地质情况最为直接而真实的方法, 目 前 使 用 非 常 广 泛 !&% 。 一 方 面 眼 见 为 实 , 另一方面尽 管过去已经打了不少钻孔,有现成的资料可用, 但 在重大工程实践中使用最多的还是钻孔资料。 钻孔 最大的缺点就是成本高。 在城市环境中只采用传统的地质调查方法往 往会有些局促, 为此, 近年来, 越来越多地采用各种 地球物理勘探技术。为满足对城市地下浅层或超浅 层的精细结构的勘查,要求对传统的地球物理勘探 技术进行改进, 以增强抗干扰能力, 提高探测精度。 在第 ’( 届国际地质大会上介绍了一些常规地球物 理方法进行城市地下勘探的实例。例如墨西哥市采 用电阻率法对地下洞穴、 坑道等地下迷宫进行了探 测, 从两张不同深度的电阻率图反映出了洞穴和坑 道的分布情况 。日本采用反射地震剖面法, 揭示
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害应急响应非常有用。 (三) 对策 我国是世界上地质灾害比较突出的国家之一。 因此, 应当 ! 开展城市地质灾害专题性填图调查; " 引入风险评估方法,编制地质灾害区划图及潜在风 险图; 砂土液化等微观过程的实验研 # 加强地震动、 究, 以指导具体的防震减灾工作。
三、 城市环境污染
为了保证城市的可持续发展,必须重视环境污 染问题, 尤其是发展中国家和地区, 决不能等环境进 一步恶化之后, 再来进行防治。 城市地质学的一项重 要内容就是为环境保护或治理环境污染提供宝贵的 参考资料和科学依据。 (一) 方法 环境污染最重要的调查方法是勘探地球化学, 其难点在于不可能对所有有毒有害元素进行调查, 例如美国 A*7?’ 就列出了 B1C 种最常见的污染物。 城市地球化学填图是区域地质调查的一项主要内 容, 对确定土壤污染程度、 污染源识别和指导土地利 用规划具有重要意义。全世界各国从 13 世纪 C3 年 代起, 就陆续开展了城市地球化学填图。例如, 葡萄 牙波尔图市采用随机混合取样方法进行城市勘探地 球化学调查, 旨在建立该市金属浓度、 分布范围和数 量大小的参考数据库 !1D$ , 建立相关地球化学基础数 据库的目的是便于高级查询、数据及时更新和可重 复利用。 编制地球化学环境图集也必不可少, 包括基 础图件与多种派生性能够满足不同需求的图件。 另外, 由于随着城市化和土地利用类型的变化, 城市地球化学背景场会发生变化,因而城市地球化 学动力学监测与分析同样重要,有必要选择那些能 够反映环境快速变化 (在 B33 年以内) 的地学指标进 行监测!12$ 。 (二) 发展方向 在城市地球化学填图及环境监测的基础上, 就 可进行环境污染风险分析与评价,这是国内外城市 环境保护研究中的热点和发展趋势。 例如佛罗伦萨平原地下含水层脆弱性评价与研 究
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的应用。城市地球物理学作为一个交叉学科, 一方 面可以促进城市地质学的发展,另一方面也发展 了自身,其核心的科学问题就是建立城市地下三 维地 图 !3$% ; 新方法的使用, 例如 # 大 力 推 动 新技术、 遥感和探地雷达等; $ 大力开发三维地学信息 可 视 化系统, 建立城市三维地质模型, 促进城市地下空 间的开发和利用。
了东京低洼地区详细的地下构造图像, 特别是埋藏 切 割 山 谷 的 形 状 !*% 。 另 外 , 那不勒斯市采用了地震 高分辨率反射剖面来反演和推断近海岸的海域地 下沉积物结构与属性 。
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此 外 , 美 国 ,-.#/012-. 国 家 遥 感 实 验 室 采 用 航片、 多光谱和红外光谱图像对长期居住的城市地 下垃圾埋藏场或古埋藏体 (如 管 道 、 地窖、 古建筑 等) 进行了探测, 并取得了良好效果
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遥感技术具有其它方法不可比拟的优势,即可 以同时对一个区域进行地质灾害调查。例如挪威研 究人员采用航空伽玛射线光谱测量 (’()* ) 技术, 得 到了 +,-. 地区高分辨率的 )/"012 分布图, 进一步 可绘制出潜在氡灾害图 降
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。合成孔径雷达技术已经
比较成熟, 被广泛应用到地震破裂变形观察、 地面沉 和活动火山、 泥石流等地质灾害的监测中。 此外, 近年来地震动、 砂土液化等微观过程的 实验研究也引起了高度重视。 例如采用瑞典式重力 探测法
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