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彭建兵等:中国城市地下空间地质结构分类与地质调查方法
2024-06-23 11:26  浏览:472

摘要
城市地下空间开发和利用是顺应城市发展规律的合理抉择,也是我国近年来城市建设的热点区域。中国幅员辽阔,各类城市分布在不同的地貌区域内,具有不同地质背景和地质结构条件,在进行大规模城市地下空间开发和利用之前,要根据不同的地质地貌条件对各类城市地下空间结构进行初步分类,建立我国城市地下空间工程地质结构的分类体系,用于指导未来我国各类城市地下空间开发利用的工程实践。在考虑到不同城市所处地貌位置、区域构造特征、岩石圈深部结构特点、现今地震活动情况、地下岩土体结构、地下水埋深等多种参数,对未来中国可能进行大规模地下空间开发和利用的49座城市进行了分类。将地貌位置作为一级划分单元,对处在同一地貌部位各类城市所处大地构造环境、壳幔特征、基底结构、表层断层活动性以及潜在震级大小进行区分;同时对表层岩土体类型和岩土体立体结构进行分类。城市地下空间分类是基于对地下空间的精细化探测。本文还总结了现今对地下地质结构的调查方法,包括地面调查、钻探、地球物理勘探和建模方面的新技术和新方法,但对于在复杂地质环境下及深层地下空间开发中结构系统的全要素精细探测仍需要发展新的方法和理论,对不同类型城市地质结构模型的构建理论和描述方法也有待突破,城市地下空间地质结构分类体系和分类方法仍需进一步完善。
01 制约城市地下地质结构的地质条件

(1)区域构造特征和大陆动力学条件:我国城市地理分布极不均匀,受地貌影响较大,所处地震构造环境也大不相同,因此不同城市所面临的地震危险性也大不相同,在对城市地下空间结构进行分类时,需要综合考虑到不同深度的壳幔特征、基底结构、表层构造运动等多种因素。

(2)岩石圈深部构造特征及其动力学:各城市地质结构模型除了需考虑现今区域构造活动特征外,还应对各类城市不同的壳幔结构模型进行分析,因为现今表层物质组成和构造活动是深部壳幔物质运动在地表的响应。除台湾属于西太平洋岛弧带以外,我国大陆岩石圈大地构造分区可大致分为3个区(图1):东部大陆裂谷带;中部克拉通块体群;青藏挤压造山带。

图1 中国大陆地势及活动断裂分布图和中国大陆岩石圈与地壳形态示意图

(3)地貌特征:地貌因素也是影响城市建设和发展的重要因素之一,整体来看我国东部城市稠密,西南和西北城市稀疏,依据地貌条件和城市分布的关系,全国可以分为西南部高山高原区、西北部内陆高原盆地区和东部平原丘陵区3个大区(图1)。

(4)岩土体结构:任何城市都是建立在特定的地质体———工程岩土体之上,城市地下空间开发与城市岩土体之间存在着密切的联系。一方面,城市工程建设是以岩土体为依托,可以作为城市建筑物地基、场地和天然建材,直接关系到城市土地资源的有效利用,是城市发展的基本环境条件之一;另一方面,城市大规模的开发建设,干扰了岩土体自身固有的应力平衡条件,导致诸多岩土体工程地质问题的发生与发展。本文中将岩土体立体结构分为单一结构类型和多层结构类型两大类,其中单一结构类型又分为单一岩体结构类型和单一土体结构类型,多层结构类型又分为四层结构类型、三层结构类型和双层结构类型三类。

(5)地下水结构:中国城市地下水类型主要有松散沉积物孔隙水、岩溶裂隙溶洞水、基岩裂隙水和多年冻土裂隙水。松散沉积物孔隙水主要分布在我国东部各大平原和西北地区内陆盆地之中,岩溶裂隙溶洞水主要分布在西南、华中、华南地区和山西高原区,基岩裂隙水主要分布在华南、东北、西北、西南等山地地区,多年冻土地下水主要分布在东北北部和青藏高原地区。

02 中国城市地质结构分类

(1)城市地质结构的分类原则

,为了更好地指导各类城市开展地下空间开发利用,对城市地质结构的分类应该坚持以下原则:城市地质结构分类要为地质结构模型构建服务;各类型城市地质结构应有明显不同,地质结构要素和结构单元也应不同;分类方法和标准要统一。

(2)城市地质结构的分类方法及指标体系

图2 城市地质结构分类指标

(3)城市地质结构的分类原则典型城市地质结构分类结果

表1 城市地下空间需求分级

表2 49座城市地质结构分类情况列表

图3 城市地貌情况分类图

03 典型城市地质结构模型示例

滨海型城市—上海

 河谷型城市—南京

内陆型城市—西安

04 结论

城市地下空间分类是基于对地下空间的精细化探测。目前,北京、上海虽然在中浅层城市地下空间探测和开发利用方面取得了许多成果,但在复杂地质环境下及深层地下空间开发中,地下空间地质结构系统的全要素精细探测、地质结构模型构建方面仍然存在诸多关键技术问题亟待解决。尤其是如下方面:

(1)地质结构全要素的层组结构精细探测方法与理论。地表关键层200m 以浅抗干扰亚米—米级探测技术;200~500m以浅的水文地质结构层探测技术;盖层结构活动断裂探测技术;基底结构重要构造探测技术。

(2)不同类型城市地质结构模型的构建理论与描述方法。地质构造、地层结构、地层岩性、水文地质单元等的精细重构理论与描述方法;地质结构模型与地下建筑规模的尺度与内容的协同理论。

(3)城市地下空间地质结构分类体系。如何根据地质条件复杂程度、地下空间开发规模,对三大类城市地下空间地质结构进行再分级,建立起相应的城市地下空间地质结构的分类原则、分类方法、分类的标准及理论体系等。

(来源:略论地质灾害)

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