上海地质的“前世今生”

　　上海的快速发展,亟待查明城市的地质构造、岩土层分布、地下水资源、地面沉降等状况,为城市规划发展提供地质依据。为此,上海市地质调查研究院开展了三维地质结构调查及地下空间开发适宜性评价。

　　上海的经济、工业发展迅速,然而,自然资源相对贫乏,人口稠密,资源与环境问题格外突出,城市地面沉降、软土地基问题以及地壳稳定性等都不同程度地影响着上海的可持续发展。

　　2004年启动的国土资源部、上海市人民政府合作的《上海市三维城市地质调查》项目子课题——上海市三维地质结构调查及地下空间开发适宜性评价,就是为了查明上海的地质构造、岩土层分布,从而为上海更科学地规划与建设提供技术支撑。

　　瞄准可持续发展

　　值得一提的是,上海地质调查研究院摆脱以往单纯学术研究型的模式,从实际问题切入,研究解决上海城市发展战略面临的紧迫地质难题,为实现社会和经济的可持续发展提供切实的技术支持。为此,上海地调院广泛了解社会各部门对城市地质工作的需求情况,邀请市城市规划管理局、市政工程管理局等8个政府部门,与100多位专家、领导近距离地讨论、沟通,同时结合嘉定、崇明等新城的规划,有针对性地布置作业量,为新城布局建设提供咨询和支持。

　　项目组系统整理了上海过去50年的地质调查成果,施工钻探37278米、人工地震勘探230公里等,建立了我国首个城市地质基础数据库;制成区域综合三维地质结构模型;系统查明了上海市基岩、第四纪和水文、工程等基本的地质、资源和环境状况。项目还针对中心城区大规模地下空间资源利用的特点,进行了现有地质条件的建设适宜性评价。

　　2008年3月通过评审的《上海市三维地质结构调查及地下空间开发适宜性评价》,让上海的可持续发展拥有了更扎实的地质依据。

　　沧海桑田 300万年

　　上海绝大部分地区为300万年以来的河流和海洋沉积形成的泥砂层所覆盖。除了西南部余山等低矮基岩残丘暴露于地表外,市区的基岩被深埋于250~280米之下,崇明岛的岩石圈则在地下480米。

　　为了获得基岩岩石地层、断裂构造及其活动性的详细资料,地质科学家综合运用了地质钻探、地球物理勘探等技术手段。日后市民通过更为形象的三维演示,可以清楚地看到上海地区的基岩断裂构造多是北东向、北西向和近东西向的,太仓—奉贤和大场—周浦两个断裂带使得上海地区的基岩层呈现阶梯状下降趋势。不过,令人欣慰的是,尽管发现上海及其邻近海域的断裂构造有50多条,但未发现1万年以来的对地上安全有较大影响的活动性断裂构造。

　　上海地调院的专家介绍说,对上海及其邻近地区地震活动有影响的主要有八个震源区,其中南黄海和东海两个潜在震源区影响较大;但历史地震震情表明,上海地区地震活动强度弱、频度低,有记录以来未发生较强烈的破坏性地震。

　　积上为山,积水为海,上海所在的三角洲沉积环境的形成,充分见证了第四纪以来地球沧桑变换的神奇。上海的沉积环境经历了很长的时期—一开始河流沉积,后来海侵形成浅海沉积环境,且互相反复。这次调查成功恢复了不同时期上海地区的古地貌及古河道发育状况,有助于更清楚地掌握上海城市地质的科学知识,从而对工程建设有重要的参考依据。

　　上海地区的工程建设活动涉及到的土作为近12万年以来形成的土层,项目组着重探讨了该段时间的沉积环境变化,建立了100米以浅地层的时代序列和空间对比关系,查明了青浦、金山西部地区发育的多层硬土的时代归属与沉积环境。

　　随着各项成果的提交,如今,上海滩地质构造的“前世今生”正被人们以动态的目光重新审视。

　　盘点地下水“家底”

　　伴随经济的快速发展,水资源不足和水污染等成为制约上海经济和社会发展的重要因素。项目组全面利用以往的水文地质成果资料,并结合第四纪地层划分,进行含水层厘定,查明了水文地质层结构,对地下水的“家底”来了次大盘点。

　　研究发现,上海地区的地下水主要赋存于第四纪松散岩类孔隙介质中,项自组结合第四纪地质调查和工程地质调查结果,对水文地质层进行重新梳理,将松散岩类孔隙水划分为三大含水岩组上个含水层。专家们首次对水文地质层的三维空间变化规律进行了详细分析,重新建立起三维水文地质结构及空间数据库,有力推进了上海地区基础水文地质调查研究进程。研究还分析了本市地下水的开发利用和地下水位、地下水质、水温动态特征,发现上海地下水水位自本世纪以来呈上升态势,但上海地下水的质量状况一直保持在原始状态,水质指标并没有显著变化。

　　这次水文地质结构调查结合地下空间的开发,重点查明了浅部含水层的地质结构特征和水位变化特征,不仅为工程建设提供依据,而且还填补了上海地区以往无系统浅部含水层结构特征和水文地质特性论述的空白。

　　助推城市规划建设

　　随着新一轮城市总体规划的实施,上海城镇体系向中心城——新城——新镇——中心村的“1966”城镇结构体系转变。为此,上海地调院制定了“总体规划,分步实施,重点先行”的方针,按照“中心城区——重点新城规划区——一般地区”三个空间层次开展,不仅统一了全市工程地质地层层序,还编制了系列的工程地质图件,大大方便了城市规划和建筑设计单位的工作开展。

　　因此,上海地质调查院的“三维地质结构”成果积极参与上海市重点的新城规划,密切结合临港、嘉定、松江、宝山和青浦、金山、奉贤及惠南、崇明等九大新城规划区的规划特点,对包括天然地基、桩基和地下工程等进行建设适宜性的评价,为新城的规划和建设提供了大量基础资料。

　　临港新城是这次调查成果的示范区,位于上海市东南沿海,规划面积293平方公里,1/3的土地为近年围海造地而成。这是正在滩涂上崛起的一座海港新城,是上海建设国际航运中心的重要环节。项目组充分考虑到新城的规划特点,对新城规划区的工程地质结构进行了系统调查,查明了规划区20米以浅广泛分布砂层的震动液化特征,及时给出了应对地下管线铺设、地下空间开发的过程中面临的砂土液化等问题的地基防治措施,同时查明了人民塘以东分布的大面积的冲填土等不良地质条件。

　　通过参与重大规划工程,上海地调院已成为为上海提供系统地质问题解决方案的技术咨询机构。

　　“诊治”地质灾害

　　上海地下空间的开发利用主要集中在地表以下50米的范围内,而该区段内地层主要是软弱的黏性土和饱和的砂性土,这种特殊的地质条件在实际建设中往往产生一系列复杂的地质灾害。具体来说,基坑工程施工过程中引发的地质灾害主要有流砂、软土变形和地下水引起的基坑突涌,而对于隧道工程,施工中所遇到的困难主要是土层变化问题。

　　针对这些问题,项目组对中心城区地下空间开发的适宜性问题进行深入研究,对中心城区不同深度的基坑开挖进行了适宜性分区评价,分别选取10米、20米和30米三种典型开挖深度,分别就流砂、软土变形和地下水引起的基坑突涌问题进行分析,并作出严重程度分区图。项目组还对不同深度土性变化的影响进行了评价,针对10~20米和20~30米的典型盾构深度,给出了不同深度进行隧道建设的适宜性分区图。这些宝贵的地质依据对以后的地下空间建设无疑是极其重要的参考信息。

　　随着“上海市城市总体规划(1999~2020)”的实施,上海沿江沿海、新的城镇与工业区规划建设、城市地下空间开发等新一轮的城市发展战略为城市地质工作提供了新的发展机遇。上海城市地质调查也将继续为上海的规划和建设提供专业支持和信息服务;在城镇布局规划中,充分考虑工程地质特性差异,降低基础建设成本,避免不良地质条件对城市建设和管理可能产生的影响;加强建设成果转化的长效机制,提高为国土资源管理的服务能力。