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第1 3 卷第3 期 1 9 9 3 年 8 月 桂 林 冶 金 地 质 学 院 学 报 L 0F GⅥ LI N COI 工 EGE 0F G1 ， 一 中国城市地质环境特征及环境地质 杨忠耀 ／ ／ 桂林暗金地质学院水文地质及工程地质系 摘要本文提出 中国城市地质环境类型划分，论述城市地球 物理场．地球 化学场，生态环境特征及城市环境地质灾害产生的机理。 x 1 41 ； 确 分 类 号 ＼ l 0 引 言 人类活动作 为一种营力对地质环境的影响愈来愈大，而城市是人类对地质环境影响最 强烈 的地 区。城市环 境地 质问题 主要是 由对 地质 资源和地 质环境 的不合理 开发而引 起的． 不 同类型 的地质 环 境 中，岩 土体 、地 下水 、天然 气体 生 物 之 间结 构关 系 ，平衡 特 征不 同，在人类活 动的影响 下，会产生不 同的环境地 质问题 。本文提 出我 国主要城市 地 质环境 类型的划分，论述 城市环境 场的特征，分析城市 环境地 质问题产 生的机理 ，为保护城市地 质环境，维持城市建设发展，提供了可靠的科学依据 。 1 我国主要城 市地质环境类型戈 分 1 。 l 地质环境的概念 地球上的每一地区及其地形， 地质形成物， 地质作用和现象， 都是人类生存和活动的地质环 境 B ．J r ．洛姆塔泽，1 9 7 8年 。岩石圈是地球上部具有很大强度的硬壳， 是地质环境的主要组成 是生物和人类活动的重要场所． 但是组成地质环境的除了岩土体 还包括地下水、天然气体和 微生物。这些组成部分对地质环境的结构、性质和生态质量均有重要影响。因此， E ． M_谢尔盖 耶夫 1 9 8 1 年】 从结掏特征角魔 将地质环境定义为。 地壳上部包括岩石、水、气体和生物在内 的多相系统 。地表是地质环境 的上部边界， 在这里大气圈和水圈局部地渗入岩 石圈， 相互存在 着物质和能量的交换，产生积极的物理和化学作用。而地质环境的下部边界， 可根据科学技术 进步的水平， 划到某一假定位置 从更广泛的角度研究认为 地质环境是一复杂的开放系统， 这 个系统包括地质构造， 岩石成分， 动力的， 地形的， 水文气象的， 水文工程地质条件， 内因和外因地 顺地质作用等因素。它是地质要素和作用在一定关系下， 互相联系， 相互制约的， 在天然因素和 人类活动影响下正在发展着的复合体。 1 ． 2 城市地质环境类型的划分原则 、 城市地质环境受 自然和社会双重因素制约，具有一定的物理，水文地质，工程地质， I 盼 2 年 1 2 月 8日收穑 ． 作者简介扬忠耀．男．1 9 3 5年出肇．教授、水文地质专 维普资讯 ● 第 1 3 卷第 3期 杨忠耀 我国城市地质环境特征及环境地质 地球 化学和生物 学性质 。笔者认为可根 据地质环境 的物 质组成 ，结 构构造特 征，时空 ～ 规律 ，岩 土体 的渗透性， 不连续性，化 学活泼性， 自组 织能力，生 态质量等为依 据对城市 地质环境分 类 。 l _ 3 我国城市地质环境类型 根据 上述 概念 和原则 ，我 国主要城 市地 质环境 ，概 括起 来可划分 为山前型 ，河 谷阶 地型，滨海河 口三角洲型，岩溶型，基岩山区型，黄土高原型，冻土型，内陆型等 8种类 型。各类型城市地质环境特征及环境地质问题简要列于附表。 附表中国城市地质环境类型划分 A p p e nd i x t a b l e Cl a s s i fic at i o n o f u r b a n g e ol o g i c a l e n v i r o nm e n t a l t y s o f Chi n a 维普资讯 桂 林 冶金 地 质 学院 学报 2 我国城市 的主要环境地质问题 99 3妊 环境地质问题是指在一定 自然条件控制下，经人类活动引起的地质环境质量恶化，危 害人类及生物的地 质事件或地 质过程 ．现将我 国城 市的主要 环境 地质问题简述 如下。 2 ． 1 基岩 山城环 境地 质 问题 山区建设对斜坡地带开发利用不当导致崩塌、滑坡和泥石流等灾害大量增加。例如重 庆市由于 自然和人为因索的作用和影响，滑坡，崩塌，泥流等地质灾害频繁给经济建设和 人民生命财产造成 了严重威 胁和巨大损 失。此 外远离海岸的 山城，往往环境 中缺碘 造成地 方病高发 ． ． 2 ． 2 沿河城市环境地质问题 由河 岸 的地质 特 征及 对河流 的水 利开 发可引起 河 岸城市 受滑坡 ， 水库诱 发 地震 等危 害。滑坡 已成 为我 国长江 中上游 沿岸城市非 常突 出的地 质灾害． 例 如 1 9 6 7年四川雅 著江唐 古椭j 塌性滑坡 ，将 6 8 0 0万 m 的岩块崩人江中形成高达 1 7 5 m 的坝堵江 9昼夜，严重威 胁下游城市 ，当时 由于防患措 施结 力，溃坝后 未造 成伤亡 ．又如 1 9 8 2年 7月 l 8日，四川 云 阳发 生鸡扒 子滑 坡 ，滑体 总 土石 方量 达 l 5 0 0万 m ，损 坏耕地 7 7 5亩 ，房 屋 l 7 3 0间， 滑坡前缘建筑物 全部推人 长江，造成 直接 经济损 失 5 6 0万元 ．我国 目前 已发 现水库诱 发地 震有 例，例如广东新丰江水库，1 9 5 9年蓄水 1 9 6 2年 3月 l 8日诱发 6 ． 1 级地震；丹江 口水库 1 9 7 3年 l 1 月 2 9日诱发 4 ． 7级地震等，这种人为活动诱发的地震同样会对附近城 市的 区域 稳定性产 生不 良影 响．此外 在 我国 武 昌地区小洪山背斜 向深 孔 2 2 7 O m】 中注 液，最高 注液 量达 1 0 0 0 ／d ，于 1 9 7 2年 l ～3月诱 发小震 1 3 3次 。 2 ． 3 滨海城市环境地质问题 由超采 地下 水或其 它地下流体可引起这 种类 型城市水资 源枯渴，地面沉降 ，海水人侵 和 土地盐 溃化 等灾 害发生 。我 国滨海 河 口三角 洲 区城市的 地面沉 降最 大沉降 量 ，上 海达 2 ． 6 3 m，天津 1 ． 6 m，台北市 1 ． 9 m，宁波 0 ． 6 m，苏州 0 ． 4 m等等。由于城市地表高程下 降，造成城市受海水侵袭，港口码头失效，影响航运，破坏市政建设和地下管道，弓 } 起建 筑物不均匀沉降，危及市民生活及城市建设发展。城市地下水降落漏斗的不断扩大，改变 地 下水 流 向，造 成滨 海地下淡 水和成 水的界限 内移，使城市 地下水化， 水质受坏 ， 直接 影 响市民生活和生产用水．目前我国旅大市，杭州市．宁波市等都存在这种环境地质问题。 2 ． 4 岩溶城市环境地质问题 超采地下水可在岩溶区城市引起土洞、地裂，地面塌陷，并诱发陷落型 r程地震． 2 ． 5 山前城市环境地质问题 此类 山麓 冲洪积扇 上 的城市也 可受滑坡 ，泥石 流 的危害． 例 如甘肃 省泥 石流就 冲埋i 士 县以上城市 十座，其 中以 兰州 、武 都、天水较为严 重，泥石 流可毁坏 房屋 ． T J 道路 和 市政建设，有时还可直接威胁人的生命安全。此外由于工业布局不合理，可造成地 水I 域性的糟染。例如北京西北郊地处永定河洪积扇顶端，该区工业三废排，对北京市地 水 造 成严重危 害。 2 ． 6 内陆盆地城市环境地质闷题 我国西北 沙漠区城市地 表缺 乏牯土保护层，地下 水易受污 染， 又因气候干 旱少 l耵， I 维普资讯 第 1 3卷第 3期 杨忠耀 我国城市地质环境特征及环境地质 2 8 7 壤和地下水都盐化，常出现多种中毒型地方病． ． 2 ． 7 黄 土区城市环境地 质问题 黄土高原上的城市常因污水排放及郊区灌溉引起地下水位升高造成黄土温陷，从而危 及高层建筑和 重型 工厂 的安 全。此外，黄 土区地 下水资源缺乏 ，水质恶化、往往引起 大骨 节，克山病等地方 病。 2 ． 8 冻土区城市环境地质问题 我国东北高纬 度冻 土区和青藏高原高海拨冻 土区城市 ，由于人 工热流影响引起地基 冻 土融化造成建筑物不均匀沉降，还可产生热融滑坡，道路翻浆等不良地质现象． 3 城市地质环境 场特征 在宇 宙和 地球 系统 的控 制下 地质 环境 各相问 相互 作用所 产 生的环境 不 同属性 称环境 场 。据 其性质可分 为地球物理场 ，地球化学场， 生态 环境 等。 l 城市地 球物理场 ‘ 城市地热场特 征城市人 工热流 封地增加 和绿 地减少造 成城 市热 岛效应，不仅市 中 心 较郊区大气温度 平均 高 1 ℃以上，而且地 下温 度也出现 异常 。例如莫斯科市 区地 下 1 0 -- 3 0 m 深度 内地温 比郊区地温高 5。～7 1 2。此 外 由废热排 放还 可造成水体热污 染。 城市地应力场特征城市建设中高地夷平， ． 地面挖方填方，地下采空，资源开放，废 物堆积等工程活动可使地质环境中产生 质量亏损 或 质量盈余 引起城市重力场产生局部 异常，改变地应力场的平衡状态．此外．由大型爆破和核试验等人工活动，还可以使断层 活化或诱发地震，改变天然构造应力场特征；人为因素造成地下渗流场特征改变，也会引 起地 质环境 中各相界面 上力的平衡破坏 ． 1 2 城 市地 球化学场 特征 由土石 方工程 ，地 下工程，地 下水 开采疏干等造 成包气带 加厚， 形成 人为氧化环境 ； 由于填场和氮 磷污 染可造 成土体和水 体 出局部还 原环境 。 由于三废排放 富集 可造成局部酸 碱 条件 改变及 毒物 浓度改变 。 13 城 市生 态环境特征 城市绿地减少 ，封地增 加，天然生态系统破坏 ；水源短缺 ，水 质变 坏，严重影响人体 健 康。 4 城市环境地质问题致灾机理分析 人类所处的地质环境是最近一次造山运动与最后一次冰川期后形成的．地质环境是地 球演化的产物，亿万年来岩石圈与水圈，岩石圈与大气圈，以及大气圈和水圈之间通过物 质和能量交换 ，建 立起地质环境 中各相物质之间 的相 对平衡体 系。城市环境地质 问魔 的致 灾机理，总体来讲是人为活动破坏地质环境天然平衡状态的结果。具体分析有如下几个方 面的作 用机制 ． 1 地应 力平衡破坏 作用 城市建设上天 人地，下海等总趋势可造成城布的正负重力异常．引起荷载效应，卸 荷效应，采空区的地下作用等． 静 荷载地质作 用高重城市建筑 物的附加应 力， 大规模的堆载及其 不均 匀的分布造成 维普资讯 2 8 8 桂 林 冶 金 地 质 学 院 学 报 1 9 9 3 年 建筑物失稳，边坡失稳。对一定类型城市地面沉降和塌陷等也起加刷作用。 动荷载地质作用工程机城，交通车辆等各种振动荷载对地基土的长期影响，可引起 饱水砂 性土液化， 造成建筑物 失稳，在岩溶 区也 可成 为产生 地面塌陷 的原 因之一 。 卸荷地质作用高层建筑，核电站和高坝等修建过程，需要深挖基坑，由于卸掉基坑 上部 土的 自重应力 ，从 而造成基 坑 回弹 ，岩 土体 变形 ，结 构松 弛，乃至产 生错 动， 改变原 有水文地质和工程地质条件。在第三层国际岩石力学会议上 1 9 7 4年 ，一些欧洲学者陈 述 了深 开挖引起基坑底 板岩石产 生斜交地表 的剪 切断裂和水 平分 离。我 国葛洲 坝和 二滩 工 程基坑开挖卸荷过程中都观测到回弹现象。意大利瓦伊恩特水库，1 9 6 3 年 1 0 月 6曰发生 岩体滑坡，约有 3 0 0 0人丧生。该 事故是 由不利地质条什和 周围环境变化 的，影响造成 ， 但其中也与岩体受卸荷裂隙切割有关． t 采空区的地下作用地下采空区使上部岩土体失去支撑而出现采空区地面塌落，还可 诱发地面滑坡及塌落地震等．以软岩层为围岩的井巷 中常出现底板突起隆坡等膨胀变形现 象；在坚硬岩石的坑道 中，在一定采掘深度以下，构造应力集 中部位可发生弹性应变能突 然释放的冲击墙压 岩爆 ． 2 地球化学平衡破坏作用 城市人工氧化作用在地下工程和地下水超采区产生强烈的氧化作用．这种氧化作用 的环境影响，一方面引起城市地下水水质恶化，硬度升高，出现附加污染．另外还可造成 地下空气中缺氧，威胁城市地下工程施工的人身安全，这是由于新增包气带中还原物质对 地下空气中氧消耗的结果．此外，氧化作用产生的化学反应热可造成井巷 自燃，堆煤 自 燃．人为改变城 市地球化 学环境还可改变地 下水污染物的 富集和净 化条件 。例如硝酸盐 存 氧化环境中才能存地下水中大量富集，在带原环境 中易净化． 人为酸碱作用城市人工氧化环境造成包气带硫化物氧化，工厂酸碱废液排放或渗 漏，可引起城市地质环境局部地区酸碱条件改变。而城市酸雨可造成地质环境的区域性酸 化．我国长江 以南酸雨污染严重，其 中以西南区重庆，贵阳．柳 州 南宁等城市最为突 出．城市酸碱条件改变，不仅使某些惰性元素活化，引起附加污染，危胁人体健康．而且 还能 破坏城市建筑 车辆 机 械设备 、文化古迹 ，乃至破坏市政建 设的稳定性 。 4 ． 3 地下水动力平衡的破坏作用 水诱发地震水库蓄水和深井注水都可使空隙水压力增大，裂隙面上的有效正应力减 小．再加上水库的荷载效应可引起具正断层性质的活动断层产生诱发地震。 城 市地面沉 降上覆 土层荷载引起的应 力是 由土孔 隙 中的水和 土颗 粒共 同承 担的， 即 P ， | ， ． ，由于城市超采地下水引起孔隙水压力 ， 降低，导致有效应力 ， 等量 苗 加，结果使土层产生次生固结压，造成地面沉降． ’ 岩溶区地面塌陷超采或疏干岩溶区地下水，造成水力坡度加大，引起地下水对盖层 和溶洞充填物产生机械潜蚀和真空吸蚀作用，形成土洞和地面塌陷 ，影响市政建设，威胁 。 身安全． 滑坡人为改变地 下水时 空分 布和水 动力学特 征是破 坏边坡稳定性 ，引起滑坡 的重要 因素 ． 4 城市地热平衡的破坏作用 城市人工热流可使软土层干缩，冻土层局部融化，引起热沉陷，热喀斯特和热融滑坡 维普资讯 第 1 3卷第 3期 杨忠耀 我国城市地质环境特征及环境地质 等环境 地质灾害 。 4 ． 5城市生态环 境破 坏作 用 城市 人 口高度集 中，建筑物多 ，封地多，绿地 少， 自然生态系 统破坏，城市 绿色植物 所生产 的物质和能量无法 满足市 民的需 要。必须依 赖广大农村支持 才能 维特供需 平衡；城 市工厂多，三废排放造成大气，水体、岩土体污染，威胁生物生存和人体健康；城市建筑 破坏其 天然水热 平衡 ，引起 城市热 岛，气候干燥 ，降 雨和 城市河 流洪 峰时，改变 ，出现人 工旋风 等城市地理生 态问题；如前所述 的地应 力和 水动力平衡破坏 也可引起一 系列城市地 质生态作用；同时由城市化工业化的飞速发展在全球范围内引起了温室效应，臭氧层破坏 等 区域 性生态效应 。 参 考 文 献 l 乐姜煜 我国主要城市地下水污 染原因的韧步分析．水文地质工程地质，1 9 8 0 6 2 栖息耀 环境水文地喷柞 坩奶论．棒冶杂地质学院学撒，1 9 8 6 I 3 杨 忠耀 环 境 水 文地 质学 J 七 京原 丁能 出 咂社、 l 9 9 0 4 ET罗赞诺走环境学原理郝州河南大学 出版杜 1 9 8 8 5 伟牛 人 类乍 态学 奶探 州 甘肃 人 民出版杜 ． 1 9 8 4 0N TH E CHARACTERI STI CS O F THE URBAN GEOLOGI CAL EN VI R0 NM ENT AND EN VI R0 NM ENTAL G E0 L0 GY O F CH I N A Y a ng Zhong yao De p a r t me n t o f Hy d r o g e o l o g v a n d E n g i n e e r i n g G e o l o g y ． Gu i l i n Co l l e g e o [ Ge o l o g v j Ab s t r a e t Thi s p a p e r pr o p o s e s a fir s t c l a s s i fi c a t i o n of ur b a n g e o l og i c a l e n v i r o n me n t al l y p e s o f Chi n a a n d d e a l s wi t h t h e u r b a n g e o p h y s i c a l fi e l d，t he g e o c h e mi c a l fi e l d a n d I h e e c ol og i c e nv i r on me n t a l c h a r a c t e r i s t i c s a s we l l a s I h e me c ha n i s m o f t he f or m a t i on 0l u r b a n e nv i r on me n t a l g e o l o g i c a l d i s a s l e r ． Ke ywo r d s g e o l o g i c a l e n v i r o n me n t／ g e o l o g i c a l e nv i r o nme n t a l l y p e s ； e n v i r on me n l a l f i e l d 维普资讯