許昌市城市地質調查現狀與需求分析

涂良權 班宜紅 馬雁飛 沈衛立 蔣朝軍

摘 要：許昌市在2007年啟動過城市地質調查工作，但評價成果局限于城市環境，未涉及空間、資源、災害等要素，且研究程度較淺。許昌市作為中原城市群核心城市，城市建設迫切需要城市地質調查成果的支撐。許昌市城市地質主要研究方向為城市1∶5萬～1∶2.5萬工程地質調查和局部更大比例尺的工程地質調查;查明30m以深地下空間資源潛力;在深部地熱資源稟賦較好地段，開展1500m以深松散層及埋藏型碳酸鹽巖熱儲條件調查評價;調查地下水環境效應、應急水源地，進行地下水環境監測與環境風險管控研究;發掘161萬畝富硒土地開發特色農業與生態農業的潛力;評估、整合禹州華夏植物群省級地質公園、大鴻寨風景區等地質旅游資源;探測城區隱伏斷裂構造活動性、古河道分布特征調查;固體廢棄物資源化、減量化及無害化利用，支撐許昌“無廢城市”建設;建設地質信息平臺和地質環境監測網絡，為許昌市城市規劃、建設和運行管理全過程提供支撐服務。

關鍵詞：許昌市;城市地質工作;城市地質調查;調查現狀;需求分析

Abstract： The urban geological survey in Xuchang City started in 2007， but the evaluation results are limited to urban environment， not including space， resources， disasters and other elements， and the research level is relatively low. Xuchang City， as the core city of Central Henan Urban Agglomeration， its urban construction urgently needs the support from the urban geological survey results. Based on the summary of the current situation and shortcomings of urban geological survey in Xuchang City， this paper analyzes the main research directions and ideas of urban geological survey in Xuchang City in the future： progressing 1：50000-1：25000 engineering geological survey， and local large scale engineering geological survey， finding out the potential of underground space resources with a depth of 30m; investigating and evaluating the thermal storage conditions of 1500-m-deep loose layer and buried carbonate rock with potential geothermal resources; surveying the environmental effects of groundwater and emergency water sources， and researching the groundwater environmental monitoring and environmental risk management and control; exploring the potential of 1.61 million-Mu selenium rich land to develop the characteristic agriculture and ecological agriculture; assessing and integrating tourism resources， such as the provincial geological park of Huaxia Flora in Yuzhou and Dahongzhai scenic area; investigating the activity of hidden faults in urban area and the distribution characteristics of ancient rivers; recycling， reducing and harmlessly utilizing the solid waste resources to support the construction of "waste free city" in Xuchang; constructing geological information platform and geological environment monitoring network to provide support services for the whole process of urban planning， construction and operation management in Xuchang.

Keywords： Xuchang City; Urban geological work; Urban geological survey; Survey status; Requirement analysis

0 前言

我國真正意義上的城市地質工作始于2003年，中國地質調查局在環渤海、長三角和珠三角啟動上海、北京、杭州、天津、南京、廣州6個試點城市地質調查;2010年中國地質調查局采用部省市多方合作模式，完成了福州、廈門、蘇州、合肥、石家莊等28個城市地質調查工作;2017年起，中國地質調查局圍繞京津冀協同發展區、長江經濟帶、泛珠三角地區、絲綢之路經濟帶等重要經濟區和城市群的重大需求，開展綜合地質調查。近年來，我國在城市群、大城市和中小城鎮等不同層面開展的大量城市地質調查，在城市地質資源、地質環境、發展空間的調查評價，以及地質信息服務城市管理制度建設等方面均取得了豐富成果，在調查技術方法、成果產品服務、工作協調機制等方面積累了大量成功經驗（程光華等，2018;張茂省等，2018）。

河南省自2007年開始，依托中國地質調查局開展的河南省主要城市環境地質調查評價項目，分別實施了鄭州、開封、洛陽、焦作、周口、登封、平頂山、安陽、新鄉、許昌、鶴壁、濮陽、三門峽、濟源14個主要城市的城市地質工作，但評價工作局限于城市環境地質調查。2015年河南省財政專項資金開展了南陽市、商丘市、信陽市、駐馬店市4個省轄市和鞏義、蘭考等10個直管縣（市）城市地質調查，雖對城市地質調查各要素均有涉及，但研究深度較淺。2019年河南省財政專項資金啟動了鄭州市、洛陽市、許昌市城市地質調查，在總結以往城市地質調查成果的基礎上，偏重于城市地質礦產資源調查。河南省各城市的城市地質調查大多以單要素為主，通過不同年度、不同階段的單要素城市地質調查成果的累積，實現多專業綜合調查。

許昌市2007年雖依托中國地質調查局開展的河南省主要城市環境地質調查評價啟動過城市地質調查工作，但評價成果同樣局限于城市環境地質調查。后期陸續進行過一些諸如飲用礦泉水、地熱等城市地質資源調查，但總體城市地質調查工作滯后，研究程度較淺。許昌市作為中原城市群核心城市，區位優勢明顯，腹地市場廣闊，人力資源豐富，文化底蘊厚重，城市建設迫切需要城市地質調查成果的支撐。

本文通過分析許昌市城市地質現狀和需求，提出城市地質調查工作思路，以期為許昌市城市規劃、建設和運行管理全過程提供服務。

1 許昌市城市地質調查現狀

1.1 已有地質工作基礎

新中國成立以來，為服務許昌市經濟建設，許昌市開展了一系列地質調查工作，積累了較為豐富的地質資料。在區域地質調查方面，全域完成了許昌市1∶25萬區域地質調查;完成了許昌市1∶5萬區域地質調查，建立了許昌市全域地層結構和基本地質構造格架，分析了地形地貌特征與第四系沉積規律，為水工環地質調查奠定了基礎。在水文地質調查方面，全域完成了1∶20萬水文地質調查，基本完成了平原區1∶5萬水文地質調查，建立了地下水監測網絡，為許昌市地下水資源開發保護提供了技術支撐。在工程地質調查方面，基本完成了平原區1∶5萬工程地質調查、地質災害調查，初步查明了地下50m深度內的工程地質條件、地質災害分布和發育情況。在環境地質調查方面，主要開展了1∶25萬地下水污染調查、環境地質問題調查、地面沉降調查監測等工作，基本查明了地下水質量和污染狀況、地面沉降發育與危害情況，初步建立了地面沉降監測網絡。在土地質量地球化學調查方面，全域完成了1：25萬土地質量地球化學調查，大體摸清了許昌市全域土地質量地球化學狀況、土壤污染狀況，圈定了富硒富鍶土地分布范圍，為進一步有重點的部署特色農業地質調查奠定了基礎（河南省地質調查院，2010）。在地熱與淺層地溫能調查方面，完成了許昌市中部平原區地熱資源勘查評價與主城區淺層地溫能調查評價，初步摸清了平原區地熱資源與主城區淺層地溫能狀況，為進一步勘查評價奠定了基礎。

1.2 主要認識

通過研究前人工作成果，在許昌市地質背景、地質資源、工程地質條件、水文地質條件、地熱與淺層地溫能資源、地面沉降、土地質量與地下水污染等方面有了更進一步認識。從地質大背景、地形地貌、地質構造與地震活動情況綜合判斷，總體上適宜城市建設;但局部地質條件較差，對城市基礎設施安全構成一定隱患。其地殼穩定性為相對穩定，有利于城市工程建設;但地面沉降造成市區路面、房屋開裂，加重城市內澇，對城市發展構成一定威脅（河南省鄭州地質工程勘察院，2017）。從已經評價的30m以淺深度來看，30m以淺地質條件總體比較適合進行地下空間開發利用;但中、深部地下空間地質條件不清，不利于地下空間利用統籌規劃。淺層地溫能、地熱資源相當豐富，但調查程度不高，影響開發利用水平提升，還需加大力度調查評價。土地質量總體優良，但局部土壤污染修復難度大。許昌市分布有161萬畝富硒耕地，具有發展特色農業的潛力，但已有調查精度低，還不能滿足發展特色農業、綠色休閑農業的需求。地下水資源賦存條件較好，地下水資源較豐富，水質量總體較好，但水文地質調查工作不夠。礦產資源較為豐富，是我省煤炭、鐵礦、鋁土礦、耐火黏土、水泥灰巖、建筑石料灰巖等礦產的重要成礦區（許昌市人民政府，2017）。

1.3 存在的不足

盡管以往在許昌市開展了不少地質工作，取得了一些成果和認識，但總體而言，與許昌市美麗宜居城市建設對地質資料的需求比較，地質調查工作程度明顯不足，對資源環境條件的認識仍然還是比較初步的。

（1）工程地質與地下空間調查工作精度不夠

許昌市以往的地質、工程地質調查工作主要涉及1∶50萬、1∶20萬、1∶10萬、局部1∶5萬精度，1∶2.5萬或更大比例尺精度的工程地質及地下空間資源調查工作尚未開展。地下空間開發利用主要局限于埋深小于10m的地下停車場、地下室、地下人行通道及機動車道等，地下空間開發程度低，造成了地下空間資源的浪費。以往的工程地質、城市地質工作對許昌市的地下空間適宜性進行過評價，但評價依據的地質資料反映的深度與精度不夠，遠不能滿足因地制宜、遠近兼顧，平面分區、豎向分層，空間、資源、環境綜合利用開發對地質、工程地質資料和地下空間資源信息資料的需求。許昌市未來的發展會涉及諸多地下空間資源開發利用和舊城改造方面的規劃建設，需要大量更詳細、更深范圍的地質、工程地質與地下三維地質結構資料、地下空間資源信息資料等的指導與支撐（圖1）。

（2）地下清潔能源評價精度較低，資源開發缺少頂層設計與系統管理

以往開展的淺層地溫能調查評價工作比例尺為1：5萬，僅在許昌市中心城區進行地下水源和土壤源換熱方式下可開發利用資源量計算評價，對于開展城市淺層地溫能詳細區劃精度偏低。城市淺層地溫能進行規模化開發利用后，在集中制冷及采暖期，可形成一定程度的冷熱堆積，不同地質條件下，研究制定出城市淺層地溫能開發密度和開發強度，保證不產生新的環境地質問題，以往工作在此方面尚未涉及，需要進一步深入開展研究工作。

許昌市深層地熱資源的開發利用方式單調，普遍用于洗浴，還沒有用于供暖及梯級開發，總體利用程度低。主要原因目前許昌市主要地熱開發利用層位1000～2000m深度范圍內的新生界熱儲層，具有開發較容易但溫度較低的特點，不能滿足城市供暖、發電等需求。在許昌市西部一帶，證明具有巖溶性地熱賦存地質條件，但以往未對這些區域進行地熱資源評價，需要開展這些區域高溫地熱資源調查。

（3）許昌市土地質量家底不清，土地資源潛力不明，以往調查成果無法支撐優質土地綠色高效綜合開發

許昌市不僅是我國糧食生產基地的重要組成部分，且在1∶25萬多目標地球化學調查中發現富硒土地資源達161萬畝，具有發展優質特色農業的潛力（圖2），但缺少大比例尺土地質量地球化學調查資料。

（4）地下水資源與水質現狀、開發利用現狀不明，影響了地下水資源的合理開發利用

許昌市榆林、麥嶺水源地等集中供水水源地均已開采許多年，但自開采以來就沒有進行過系統的地下水資源量、水質的調查評價工作。水源地長期開采之后，其地質環境背景條件已經發生了較大的變化，城市集中開采區的地下水資源開采現狀不清，引起的地質環境問題不明確，水源地的現狀資源量及水質現狀不清楚，要建設許昌市應急地下水源地還需要進一步進行精度更高的水源地勘察（河南省地質礦產勘查開發局，2013）。

（5）支撐許昌市地質經濟發展的投入不足，工作程度低

全市域范圍內有科學價值研究的地形地貌景觀、典型地質剖面、古人類遺址，有重要價值的巖溶溶洞、采礦遺跡、濕地水體景觀、地質公園等豐富。查清區內地質景觀資源的類型、數量、質量、特征、成因、時代以及有關的自然、社會、人文、經濟等基本情況，對地質景觀資源的科研價值、科普價值和旅游價值進行綜合評價，更好地規劃、保護和開發地質景觀資源提供基礎資料。

（6）地質環境監測體系建設不夠

目前許昌市已經建立了地下水環境、地面沉降等監測網絡，但監測網絡密度、監測內容等還達不到要求。地質災害、土壤環境、水土污染等監測幾乎未開展，監測預警體系遠不完善，難以為許昌市國土資源、生態環境保護等提供高效支撐服務。

（7）地質成果信息化程度不夠

許昌市初步建立了城市地質信息系統，但由于機制體制等原因，該系統中地質資料信息不全，三維地質結構模型與可視化也比較初步，難以為許昌市城市規劃建設、運行管理提供全過程高效支撐服務。

（8）過去地質工作與地方政府或相關部門需求結合不甚緊密，針對性較差

以往地質調查多為地質調查單位依照相關標準或規范開展，與地方政府或相關應用部門聯系不夠，對相關政府部門在城市建設與管理過程中對地質資料需求了解不足，地質成果表達方式導致調查成果推廣應用效果較差。

2 需求分析

隨著許昌市城市規模的不斷擴大，城市環境的脆弱性愈加明顯，諸多城市地質問題更加凸顯，對城市地質工作的需求越來越迫切。

（1）許昌市城市規劃建設急需工程地質調查與地下空間資源探測資料作為支撐

許昌市地處我國地理中心地帶，是重要的交通樞紐，城市化與經濟進一步發展，都將給許昌市發展空間帶來前所未有的壓力。大力開發利用地下空間以及統籌地上地下空間協調發展，將是許昌市目前最緊迫需要解決的重要事情之一。摸清地下地質條件，查明地下空間可利用資源是地下空間利用的急迫需求。

（2）建設地下水應急水源地，提高許昌市城市供水安全水平與抵御風險能力，需要開展地下水源地勘察

許昌市水資源結構目前以地表水為主，水源結構單一。許昌市地下水資源豐富，城市在極端干旱條件或地表供水水源發生污染等特殊情況下，地下水應急水源地是城市供水安全的最后一道屏障。南水北調工程運行后城市地下水壓采導致城市水文地質條件發生較大改變。城市應急地下水水源地建設，需要進一步開展地下水源地水文地質勘察。

（3）富硒、富鍶等特色土地資源調查助力都市觀光生態休閑農業發展

隨著許昌市建設用地規模逐年增大和農業用地面積不斷縮減，許昌市農業生產正在由傳統種植業向都市觀光生態休閑農業轉變。許昌市發現富硒土地資源達161萬畝，具有發展優質特色農業的潛力。開展中大比例尺的特色土地資源調查，推進都市生態農業示范園區建設，以促進許昌市都市生態農業產業體系構建，加快農業產業結構升級轉型具有重要現實意義。

（4）建設綠色低碳城市需要準確詳細的淺層地溫能和地熱地質調查成果

以往開展的淺層地溫能調查評價，在許昌市進行地下水源和土壤源換熱方式下可開發利用資源量計算評價，對于開展城市淺層地溫能詳細區劃精度偏低，需要進一步深入開展研究工作。

近十幾年來，許昌市先后建成300～1500m深的地熱井12眼（表1），開采層位主要為新生界熱儲層，主要用于地熱溫泉洗浴、游泳、醫療保健、休閑等，為社會經濟發展和旅游業服務創造了可觀的社會效益和經濟效益（河南省地質礦產勘查開發局第二地質勘查院，2013）。許昌市深層地熱資源還沒有用于供暖及梯級開發，不能滿足城市供暖、發電等需求。在許昌市西南、東北部一帶，證明具有巖溶性地熱賦存地質條件，但以往未對這些區域進行地熱資源評價，需要開展這些區域高溫地熱資源調查。

（5）調查評價與整合許昌市周邊地質旅游資源，滿足許昌市人民不斷增長的文化生活需求

許昌市地質遺跡和地質景觀較豐富。已建立禹州華夏植物群省級地質公園和長葛市陘山礦山地質公園，建設中的襄城縣首山有望成為下一個規模更大礦山地質公園。

許昌市有豐富的地質旅游資源（許昌市生態環境局，2018;河南省地質礦產勘查開發局，2017），以地質公園（如華夏植物群省級地質公園）、礦山開采遺跡（如長葛陘山）、巖溶景觀（如大鴻寨溶洞開發景區）、生態旅游（如陳化店溫泉小鎮）、人文景觀（如紫云書院）、宗教勝地（如乾明寺、五岳廟）、自然景觀（如首山、汝河、紫云山）為依托，可通過進一步整合集成，形成與嵩山等世界地質公園相呼應的近郊地質休閑旅游產品，以滿足許昌市人民不斷增長的文化生活需求。

（6）城市規劃建設管理高效運行需要城市地質信息系統作為支撐

目前地質成果資料匯交機制與管理制度不健全，地質信息等國土資源信息還不能共享，造成地質資料使用效率低下、地質調查投入極大浪費、城市規劃、工程建設與城市管理不能精準化、高效化，“智慧城市”建設偏重于“地面及地上”，地下則嚴重不足。“城市地質信息平臺”的建設有助于城市管理高效化、城市建設精準化。

（7）城市規劃建設管理高效精準運行需要地質數據更新實時化，離不開地質環境監測與預警體系建立

地質資料信息是城市規劃、工程建設、減災防災、生態建設、資源利用、環境保護、國土管理等不可或缺的基礎關鍵信息（林良俊等，2017;衛萬順等，2018）。但城市地區人類活動強烈、人對地質環境作用劇烈，城市區域地質環境在不斷變化，地質信息存在動態變化;要準確地掌握地質環境動態信息，就必須建立或完善地質環境監測網絡以對地質環境進行實時監測，建立地質環境預警體系以對影響城市安全的地質信息實行預判與預警，以實現對城市地質環境準確高效管理與保護（郭萌等，2018;馮小銘等，2003）。

3 研究方向

開展許昌市“空間、資源、環境、災害”等多要素地質調查，可創新地下空間資源探測評價技術，搭建許昌市三維城市地質模型，建立許昌市城市地質信息服務與決策支持系統，構建許昌市地質環境監測網絡體系，促進許昌市綠色、低碳、循環、安全、集約、智慧發展提供支撐服務。

（1）工程地質調查

開展城市規劃區1∶1萬～1∶2.5萬工程地質調查，查明100m深范圍工程地質條件、三維工程地質結構、工程地質問題，建立三維工程地質結構模型，為許昌市城市規劃、工程建設等提供工程地質資料。

（2）地下空間資源調查

開展城市規劃區地下空間資源探測評價，查明地下空間利用現狀，構建地下空間資源三維可視化模型，進行地下空間資源潛力與地質安全評價、進行基于海綿城市建設的地質環境評價，為推進城市立體發展、地下空間安全利用與海綿城市建設服務。

（3）創新地下空間評價技術

探索地下空間資源潛力與風險評價技術、基于海綿城市建設的地質環境利用技術，為地下空間資源與地質安全風險評價、海綿城市建設提供技術支撐。

（4）地下清潔能源調查

開展許昌市淺層地溫能調查和開發利用區劃，提出不同地質單元淺層地溫能開發利用方式建議及開發強度、開發密度等控制指標;在許昌市深部地熱資源稟賦較好地段，開展深部松散層及埋藏型碳酸鹽巖熱儲條件調查與深部地熱開發利用可行性研究，建立1～2處地下清潔能源利用示范基地。

（5）地下水環境效應調查及地下水應急水源地勘查

開展地下水資源豐富地帶城市地下水應急水水源地勘查、地下水環境監測與環境風險管控研究等工作，為城市供水安全提供基礎保障。

（6）土地質量地球化學調查

開展1∶5萬許昌市城區周邊土地質量調查評價工作，查明表層土壤各項元素含量及分布狀況，為土地利用總體規劃調整完善、永久基本農田劃定和保護、土地整治及富硒特色農業與生態農業開發提供合理化建議及依據。

（7）地質遺跡資源調查與地質文化科普

開展許昌市地質遺跡、古人類遺址與史前文化、地質環境演化與城市文明變遷等調查研究。編制許昌市重要地質遺跡保護名錄，編繪許昌市重要地質遺跡分布圖、重要地質遺跡保護利用規劃圖，建立許昌市重要地質遺跡管理數據庫。

（8）城市地質安全探測與評價

開展許昌市隱伏斷裂構造活動性探測、古河道分布特征調查，支撐城市規劃發展，確保城市安全。

（9）地質環境監測網絡建設

圍繞許昌市城市建設面臨的資源與環境問題，完善許昌市地質環境監測網，對城市地質環境要素、資源環境承載能力等進行監測預警，以服務于城市規劃、建設、運行、管理等全過程。

（10）資源再利用

許昌市是全國首批“無廢城市”建設試點城市之一，開展許昌市建筑垃圾存量調查及綜合利用調查和相關技術研發，以服務和支撐許昌市建筑垃圾資源化、減量化及無害化利用，服務許昌市綠色可持續發展和“無廢城市”建設（許昌市人民政府，2019）。

（11）地質信息平臺建設

搭建許昌市城市地質信息服務系統，實現地質信息多要素、多維大數據集成管理，為城市規劃、建設和運行管理全過程提供支撐服務。

4 結語

圍繞許昌市城市生態文明建設對地質工作的需求，許昌市迫切需要通過開展系列專項地質調查評價與應用示范工程建設，提交一批工程地質調查、地下空間資源調查、地下清潔能源調查、城市土地質量地球化學、城市應急水源地勘查、地質環境監測等方面的基礎性和應用性成果，構建一套完善的綜合地質環境監測體系和綜合地質信息系統，填補和更新一批基礎地質圖件，為許昌市提供規劃建設、運行管理全過程服務。

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