唐鑫 ，龔緒龍，許書剛，張其琪，郭慧，鄧峰麗1) 江蘇省地質(zhì)調(diào)查研究院,南京,210049；2) 自然資源部地裂縫地質(zhì)災(zāi)害重點實驗室,南京,210049

內(nèi)容提要: 地下空間資源是地表基質(zhì)層中寶貴的自然資源之一，其作為城市有機體的重要組成部分，在未來城市建設(shè)中起著舉足輕重的作用。蘇南都市圈城市地下空間資源開發(fā)在全國處在領(lǐng)先地位，地下空間規(guī)劃管理方面已形成較為完善的體系，城市地質(zhì)調(diào)查也在全國率先實現(xiàn)全覆蓋。依據(jù)地下空間資源開發(fā)現(xiàn)狀和地質(zhì)結(jié)構(gòu) “軟硬”兩個方面條件對蘇南都市圈城市地下空間資源進行分類，劃分為寧鎮(zhèn)丘陵崗地型、蘇錫常平原型和長江中下游沖積平原型三種類型。不同類型城市地下空間資源開發(fā)的地質(zhì)背景和城市需求不盡相同，需根據(jù)實際情況定制不同的地下空間調(diào)查、規(guī)劃、建設(shè)、管理體系。城市地下空間資源地質(zhì)調(diào)查作為城市地質(zhì)調(diào)查工作的延伸，需要提出更高的要求。本文從城市地下空間資源地質(zhì)調(diào)查精度和深度、多參數(shù)多尺度一體化建模、地下空間資源評價、多種地下資源協(xié)同利用、地質(zhì)資料信息數(shù)據(jù)庫與平臺建設(shè)等方面提出對策建議，用于指導未來城市地下空間資源調(diào)查的工程實踐，為地質(zhì)調(diào)查成果支撐城市地下空間全生命周期發(fā)展提供借鑒意義。

我國對地下空間資源的開發(fā)歷史悠久，從最早對于天然洞穴或地穴的利用，伴隨著科學技術(shù)的進步和社會生產(chǎn)力的大幅提高，演變至如今建設(shè)規(guī)模龐大的“地下城市”，地下空間資源開發(fā)利用水平不斷提高，重視程度不斷加大，城市地下空間資源開發(fā)迎來新的機遇(邵繼中，2005)。蘇南都市圈對于城市地下空間資源的主動開發(fā)總體上分為四個階段：① 民國時期，南京作為民國政府首都，其城市內(nèi)的一些民國建筑設(shè)有地下儲藏室等地下空間，據(jù)統(tǒng)計，國民政府“五院八部”等行政機關(guān)地下建筑面積約5000 m2；② 新中國成立至20世紀70年代，按照“深挖洞、廣積糧、不稱霸”的方針，圍繞人防建設(shè)進行地下空間資源開發(fā)利用，開發(fā)總量和單體規(guī)模較小；③ 改革開放至20世紀末，地下空間進入平戰(zhàn)結(jié)合的多樣化快速發(fā)展階段，功能類型逐步呈現(xiàn)出多樣化，總體上以地下停車為主，逐步增加地下商業(yè)、地下交通等功能；④ 21世紀以來，地下空間資源進入大規(guī)模綜合開發(fā)利用階段，依托城市軌道交通網(wǎng)建設(shè)，各城市地下空間呈現(xiàn)全面開花態(tài)勢，無論是地下空間資源開發(fā)規(guī)模還是治理體系方面均進入全國領(lǐng)先行列。

自然資源管理體制改革以來，發(fā)布的《自然資源調(diào)查監(jiān)測體系構(gòu)建總體方案》?中明確指出自然資源包括地表覆蓋層、地表基質(zhì)層和管理層，為完整表達自然資源的立體空間，在地表基質(zhì)層下設(shè)置地下資源層，包括礦產(chǎn)資源以及城市地下空間為主的地下空間資源。地下空間資源一般指地表以下空間范圍內(nèi)實在和潛在的空間場所總稱(黃莉等，2018)，包括巖土體的密實部分和無巖土體的空間部分，既是重要的自然資源，又是其他地下自然資源的載體(錢七虎，2006；程光華等，2014)。不同于地表土地資源和其他自然資源，城市地下空間資源綜合利用應(yīng)是基于地質(zhì)條件，將地下水、礦產(chǎn)、地熱等自然資源作為限制條件或協(xié)同利用對象后，滿足城市發(fā)展需求的地下空間開發(fā)利用。城市地下空間資源地質(zhì)調(diào)查是以巖土體密實部分為對象，綜合運用地質(zhì)學理論和技術(shù)方法進行分析評價，服務(wù)城市地下空間規(guī)劃、建設(shè)和運行管理。與城市地質(zhì)調(diào)查不同，城市地下空間資源地質(zhì)調(diào)查無論是在調(diào)查精度和深度、地下空間三維模型構(gòu)建、地下空間資源評價、多種地下資源協(xié)同利用等方面都提出了更高的要求(楊洋等，2019)。本文依據(jù)蘇南現(xiàn)代化建設(shè)示范區(qū)綜合地質(zhì)調(diào)查項目調(diào)查成果，建立蘇南都市圈城市地下空間資源分類體系，總結(jié)城市地質(zhì)調(diào)查工作支撐城市地下空間規(guī)劃管理建設(shè)中的不足，針對地下空間資源地質(zhì)調(diào)查方法和內(nèi)容提出對策建議，為其他城市開展地下空間資源地質(zhì)調(diào)查工作打造樣板。

1 城市地下空間資源開發(fā)利用現(xiàn)狀

蘇南都市圈人口眾多，城鎮(zhèn)化率遠高于中國其他地區(qū)，截止2019年，區(qū)內(nèi)常住人口超過3378萬人，城鎮(zhèn)化率78.5%，大、中、小城市齊全，各具特色的小城鎮(zhèn)星羅棋布，城鎮(zhèn)分布密度是全國平均水平的4倍左右。此外，蘇南都市圈經(jīng)濟高度發(fā)達，2019年GDP總量達到5.66萬億元，人均GDP突破16萬元，遠超全國平均水平和其他都市圈/城市群，是中國經(jīng)濟最發(fā)達區(qū)域之一。過高的人口密度和發(fā)達的經(jīng)濟實力為都市圈地下空間資源的發(fā)展提供了強勁的動力和保障。

經(jīng)過多年的發(fā)展，蘇南都市圈地下空間資源開發(fā)利用位居全國前列。截至2019年底，都市圈內(nèi)地下空間資源開發(fā)總量達到152 km2。其中南京、蘇州二市地下空間資源開發(fā)總量分別達到65 km2和42.6 km2，地下空間綜合實力排名全國前十，軌道交通網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)完善，地下商業(yè)、交通市政等多種功能的地下設(shè)施形成規(guī)模，地下一層的建筑面積約占70%，有相當比例的地下空間已經(jīng)開發(fā)至地下二層或者更深，局部地區(qū)地下空間開發(fā)深度向地下50 m延伸。無錫、常州二市地下空間資源開發(fā)總量分別為19.96 km2和17.04 km2，主要集中在0～15 m的淺層地下空間，在城市主城區(qū)地下空間資源開發(fā)深度已經(jīng)向15～30 m的次淺層地下空間發(fā)展，主要用于軌道交通建設(shè)，出現(xiàn)重點利用節(jié)點及地下綜合體，以軌道交通為框架的地下網(wǎng)絡(luò)初步形成。鎮(zhèn)江市地下空間資源開發(fā)總量約10 km2，以0～15 m的淺層地下空間開發(fā)為主，建設(shè)有地下商業(yè)街、文化娛樂場所等，但軌道交通尚未開通(圖1)。

圖1 蘇南都市圈地下空間開發(fā)現(xiàn)狀圖Fig. 1 Current situation of underground space development in southern Jiangsu metropolitan area

此外，蘇南都市圈在地下空間規(guī)劃管理方面已形成較為完善的體系，省政府和地方管理部門制定了一系列法規(guī)政策引導和控制地下空間資源開發(fā)利用。2010年和2020年，省政府分別發(fā)布《關(guān)于加強城市地下空間規(guī)劃和管理工作的通知》(蘇建規(guī)[2010]180號)和《省政府辦公廳關(guān)于加強城市地下空間開發(fā)利用的指導意見》(蘇政辦發(fā)[2020]58號)，對全省地下空間規(guī)劃、建設(shè)、管理提出明確要求。各設(shè)區(qū)市針對地下空間規(guī)劃建設(shè)、管理監(jiān)督以及信息和政策支持等各個方面明確了地下空間開發(fā)的具體措施和要求，初步形成“3+1”地下空間規(guī)劃體系，即地下空間總規(guī)(專項)—控制性詳細規(guī)劃—修建性詳細設(shè)計+課題研究。

通過梳理國內(nèi)外地下空間資源利用特征，城市地下空間的發(fā)展總體上可以歸納為五個階段(陳志龍等，2005)(表1)。① 初始化階段，開發(fā)深度主要集中在10 m以淺，單體建設(shè)為主，規(guī)模小，功能類型單一，用于地下停車場、人防工程等；② 規(guī)?；A段，開發(fā)深度延伸至地下15～20 m，初步顯現(xiàn)綜合開發(fā)利用的標志，有地下商業(yè)街、文化娛樂場所等大型聯(lián)合體；③ 初始網(wǎng)絡(luò)化階段，開發(fā)深度至地下30 m，以軌道交通為框架的地下網(wǎng)絡(luò)初步形成；④ 規(guī)模網(wǎng)絡(luò)化階段，開發(fā)深度向地下50 m延伸，軌道交通網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)完善，地下商業(yè)、交通市政等多種功能的地下設(shè)施形成規(guī)模；⑤ 地下城階段，開發(fā)深度可至地下200 m，市政、交通、物流等實現(xiàn)地下系統(tǒng)化，立體城市構(gòu)建完成。通過對比分析，蘇南都市圈內(nèi)的南京、蘇州已經(jīng)進入規(guī)模網(wǎng)絡(luò)化階段，無錫、常州正從初始網(wǎng)絡(luò)化階段向規(guī)模網(wǎng)絡(luò)化階段過渡，鎮(zhèn)江仍處于規(guī)模化階段。

表1 城市地下空間發(fā)展階段分級表Table 1 Classification of development stages of urban underground space

2 城市工程地質(zhì)條件

蘇南都市圈地處長江以南低山丘陵和平原地帶，主要有構(gòu)造—剝蝕類型的低山丘陵，剝蝕—堆積類型的崗地、高亢平原和堆積類型的平原等地貌類型。低山丘陵位于西部，海拔30～611 m，相對高度30～300 m，丘陵主要分布于寧鎮(zhèn)山脈、寧蕪—溧水、茅山等地區(qū)，僅宜溧地區(qū)(宜興—溧陽地區(qū)，下同)有低山分布，少量島狀孤山和玄武巖臺地突起于平原之上。黃土崗地、堆積臺地分布于低山丘陵外圍，河谷平原和沖溝分布于山間。長江下游沖積平原位于長江及沿岸，地勢低洼，邊灘和心灘發(fā)育；在張家港以下為長江新三角洲平原，地勢低平，水網(wǎng)發(fā)育。太湖水網(wǎng)平原位于東部，海拔高程多為0～4 m，200 m以上的低山零星分布，按其地貌形態(tài)可分為高亢平原、河網(wǎng)平原、湖蕩平原、濱湖灘地和洼地。

地貌類型控制著工程地質(zhì)條件，不同地貌單元巖土體的性質(zhì)和分布變化較大，但同一地貌單元內(nèi)的工程地質(zhì)條件存在明顯規(guī)律性。任何城市都是建立在工程巖土體之上，城市地下空間開發(fā)與工程地質(zhì)條件之間存在著密切的聯(lián)系(韋人山，2008)。綜合考慮地貌類型和地質(zhì)結(jié)構(gòu)，對蘇南都市圈進行工程地質(zhì)分區(qū)。其中一級分區(qū)考慮地形地貌，劃分為太湖沖湖積平原工程地質(zhì)區(qū)、長江三角洲沖積平原工程地質(zhì)區(qū)和寧鎮(zhèn)—宜溧低山丘陵崗地工程地質(zhì)區(qū)共3個工程地質(zhì)區(qū)；二級分區(qū)考慮次一級地貌和地層巖性，劃分為水網(wǎng)洼地平原工程地質(zhì)亞區(qū)、高亢平原工程地質(zhì)亞區(qū)、殘丘巖體工程地質(zhì)亞區(qū)、長江下游河道平原工程地質(zhì)亞區(qū)、長江新三角洲平原工程地質(zhì)亞區(qū)、山前崗地臺地工程地質(zhì)亞區(qū)、河谷沖溝工程地質(zhì)亞區(qū)、低山丘陵巖體工程地質(zhì)亞區(qū)及石臼湖沖湖積平原工程地質(zhì)亞區(qū)共9個工程地質(zhì)亞區(qū)。三級分區(qū)考慮巖土體成因、結(jié)構(gòu)、物理力學性質(zhì)和工程地質(zhì)問題，水網(wǎng)洼地平原工程地質(zhì)亞區(qū)和高亢平原工程地質(zhì)亞區(qū)根據(jù)第一硬土層和第二硬土層的分布規(guī)律，劃分為第一、二硬土層存在亞區(qū)、第一硬土層存在第二硬土層缺失亞區(qū)、第一硬土層缺失第二硬土層存在亞區(qū)及第一、二硬土層缺失亞區(qū)；長江下游河道平原工程地質(zhì)亞區(qū)和長江新三角洲平原工程地質(zhì)亞區(qū)根據(jù)全新世軟土的分布情況，劃分為軟土分布亞區(qū)和軟土缺失亞區(qū)；河谷沖溝工程地質(zhì)亞區(qū)根據(jù)天然地基適宜性情況劃分成天然地基較好亞區(qū)和天然地基一般亞區(qū)；低山丘陵巖體工程地質(zhì)亞區(qū)根據(jù)巖體類型和地理位置劃分成寧鎮(zhèn)低山丘陵工程地質(zhì)亞區(qū)、寧蕪—溧水火山巖低山丘陵工程地質(zhì)亞區(qū)、茅山低山丘陵工程地質(zhì)亞區(qū)、宜溧低山丘陵工程地質(zhì)亞區(qū)和六合玄武巖丘陵工程地質(zhì)亞區(qū)(圖4)?？傮w上，寧鎮(zhèn)—宜溧低山丘陵崗地工程地質(zhì)區(qū)基巖埋深淺，第四紀松散層以黏性土為主，呈單一結(jié)構(gòu)，滑坡崩塌、巖溶塌陷、膨脹土的漲縮性是最主要的工程地質(zhì)問題；太湖沖湖積平原工程地質(zhì)區(qū)第四紀松散層厚，土體類型豐富，黏性土和砂性土交織沉積，呈多元結(jié)構(gòu)(圖2)，軟土沉陷、砂層涌水涌砂、地面沉降和地裂縫是最主要的工程地質(zhì)問題；長江三角洲沖積平原工程地質(zhì)區(qū)則以砂性土和軟土為主，呈二元結(jié)構(gòu)(圖3)，涌水涌砂是最大的工程地質(zhì)問題。

圖3 長江三角洲沖積平原工程地質(zhì)剖面圖Fig. 3 Engineering geological profile of alluvial plain of Yangtze River Delta (lower)

圖4 蘇南都市圈工程地質(zhì)分區(qū)圖Fig. 4 Topographic and geomorphic zoning map of southern Jiangsu metropolitan area

3 城市地下空間資源分類

城市地下空間資源開發(fā)現(xiàn)狀和地質(zhì)條件是影響地下空間資源開發(fā)的兩大關(guān)鍵因素(郭培國等，2014)，地下空間資源開發(fā)現(xiàn)狀反映城市規(guī)模和對地下空間的需求，同時又是社會經(jīng)濟發(fā)展的一面鏡子。地下空間處于地質(zhì)環(huán)境中，地質(zhì)條件對于地下空間資源開發(fā)適宜性影響巨大(夏友等，2014)。城市地下空間資源分類應(yīng)以地質(zhì)條件為主(彭建兵等，2019)，兼顧地下空間資源開發(fā)現(xiàn)狀，做到同一類型中地質(zhì)條件相似，地下空間現(xiàn)狀呈階梯型，形成“一帶多”的一體化發(fā)展結(jié)構(gòu)。依據(jù)城市地質(zhì)條件作為一級劃分單元，城市地下空間資源開發(fā)現(xiàn)狀作為二級單元，將蘇南都市圈城市地下空間資源劃分為寧鎮(zhèn)丘陵崗地型、蘇錫常平原型和長江中下游沖積平原型三種類型。寧鎮(zhèn)丘陵崗地型城市包括南京、鎮(zhèn)江二市，以丘陵崗地為主，區(qū)位上同屬南京都市圈，以南京為中心，輻射鎮(zhèn)江的地下空間的一體化發(fā)展也是都市圈建設(shè)的核心內(nèi)容。蘇錫常平原型城市包括蘇州主城區(qū)、無錫、常州，以太湖水網(wǎng)平原為主，區(qū)位上同屬蘇錫常都市圈，城市建成區(qū)早已連成一片，其地下空間發(fā)展大有一體化的趨勢。長江中下游沖積平原型城市涵蓋張家港、江陰、太倉等縣級市，以漫灘為主，同屬于中小型縣級市，對地下空間資源的需求較地級市低(表2)。

表2 蘇南都市圈城市地下空間資源分類表Table 2 Classification of urban underground space resources in southern Jiangsu metropolitan area

4 地下空間資源地質(zhì)調(diào)查對策

城市地質(zhì)調(diào)查是城市規(guī)劃建設(shè)和運營管理的基礎(chǔ)工作(郭培國等，2014)。傳統(tǒng)城市地質(zhì)調(diào)查工作多為水工環(huán)單項調(diào)查，尚不能滿足自然資源管理的需要，主要體現(xiàn)在幾個方面：① 城市地質(zhì)調(diào)查工作區(qū)集中在城市規(guī)劃區(qū)，與國土空間規(guī)劃區(qū)域不匹配(黃敬軍等，2020b)；② 用于服務(wù)地下空間規(guī)劃的地質(zhì)調(diào)查成果精度不高，系統(tǒng)性不夠；③ 地下空間資源開發(fā)利用評價多將地質(zhì)條件作為限制性因素，缺少協(xié)同利用觀念，評價成果與規(guī)劃管理效銜接不夠；④ 城市地質(zhì)調(diào)查數(shù)據(jù)和平臺與規(guī)劃管理數(shù)據(jù)和平臺缺乏有效融合，數(shù)據(jù)管理和共享服務(wù)支撐能力亟待提高。

城市地下空間資源開發(fā)對地質(zhì)資源稟賦和地下空間協(xié)同規(guī)劃要求極高(楊洋等，2019)。因此，蘇南都市圈在城市地質(zhì)調(diào)查工作之后相繼開展南京、蘇州二市城市地下空間資源綜合開發(fā)利用調(diào)查評價試點工作，旨在將城市地下空間資源地質(zhì)調(diào)查與地下空間規(guī)劃管控進行有效銜接，依托國土空間基礎(chǔ)信息平臺和城市信息模型(CIM)平臺，實現(xiàn)地下空間多要素信息融合可視化與共享服務(wù)，為城市地下空間資源合理利用和地上地下全空間資源優(yōu)化布局提供決策依據(jù)。

城市地下空間資源調(diào)查評價包括調(diào)查(地質(zhì)調(diào)查、資源開發(fā)現(xiàn)狀調(diào)查等)、多源數(shù)據(jù)融合數(shù)據(jù)庫建設(shè)、三維可視化建模、地下空間資源潛力與管控評價、宏觀微觀管控體系構(gòu)建、信息共享服務(wù)平臺建設(shè)等環(huán)節(jié)，每個環(huán)節(jié)相輔相成，構(gòu)成了城市地下空間綜合評價管控體系(圖5)。城市地下空間資源地質(zhì)調(diào)查是全生命周期的第一環(huán)節(jié)，重要性不言而喻，需要提出更高的要求，以滿足后續(xù)生命周期運行的不同需求。

圖5 城市地下空間資源綜合評價管控體系Fig. 5 Comprehensive evaluation and control system of urban underground space resources

4.1 提高調(diào)查精度

城市地質(zhì)調(diào)查精度一般以1∶5萬為主(衛(wèi)萬順等，2016)，僅能滿足城市總體規(guī)劃，對于地下空間專項規(guī)劃支撐性不足(黃敬軍等，2020a)。因此，城市地下空間資源地質(zhì)調(diào)查首要工作便是提高調(diào)查精度。調(diào)查精度由地質(zhì)條件和城市區(qū)位共同決定?；鶐r出露區(qū)由于地形坡度較大，多作為生態(tài)管控區(qū)，工程建設(shè)少，以地面調(diào)查為主，比例尺一般為1∶10萬～1∶5萬(程光華等，2013)；松散層覆蓋區(qū)以鉆孔控制為主，崗地地區(qū)由于地質(zhì)結(jié)構(gòu)簡單，比例尺一般確定為1∶5萬；平原漫灘地區(qū)第四紀松散層厚度較大，結(jié)構(gòu)復雜，比例尺適宜1∶5萬～1∶2.5萬。構(gòu)造斷裂帶等對地下空間影響較大的區(qū)域需進一步提高調(diào)查精度，比例尺適宜1∶1萬。城市區(qū)位方面，城市開發(fā)邊界以外區(qū)域由于未來工程建設(shè)少，1∶5萬精度基本滿足要求。城市開發(fā)邊界以內(nèi)區(qū)域是城市規(guī)劃建設(shè)重點地區(qū)，應(yīng)將鉆孔控制精度提高到1∶1萬甚至更高，重點工程項目邊界內(nèi)調(diào)查精度應(yīng)滿足地下空間規(guī)劃需求。

4.2 拓展調(diào)查深度

考慮到當前城市地下空間發(fā)展程度，城市地質(zhì)調(diào)查深度一般集中在0～50 m的地下空間，少數(shù)中心城市調(diào)查深度拓展到100 m(程光華等，2018，2019)。隨著城市的不斷發(fā)展，地下能源存儲、地下實驗室等重大基礎(chǔ)設(shè)施利用地下空間深度越來越深。因此，城市地下空間資源地質(zhì)調(diào)查深度應(yīng)進一步拓展，將地下200 m以淺的地表關(guān)鍵層作為目標調(diào)查深度。調(diào)查深度由鉆孔控制，鉆孔可分為控制性鉆孔和一般性鉆孔?？刂菩糟@孔深度需滿足未來一定時限內(nèi)城市發(fā)展所涉及的地下深度，以200 m為界。一般性鉆孔深度需滿足當前城市發(fā)展所涉及的地下深度，丘陵崗地型城市以揭露基巖為主，蘇錫常平原型城市適宜以100 m為界，長江中下游平原中小型城市適宜以50 m為界。

4.3 多參數(shù)多尺度一體化建模

城市地質(zhì)調(diào)查工作構(gòu)建包括基礎(chǔ)地質(zhì)模型、工程地質(zhì)模型、水文地質(zhì)模型在內(nèi)的多專業(yè)模型，多個模型孤立不利于地下空間資源協(xié)同融合評價(林良俊等，2017；董延濤，2018)。城市地下空間資源地質(zhì)調(diào)查應(yīng)進行多參數(shù)多尺度一體化建模，以巖土體分層為基本框架，在地層結(jié)構(gòu)中融合工程地質(zhì)、水文地質(zhì)、地質(zhì)資源等多元參數(shù)。蘇南都市圈構(gòu)建了涵蓋基礎(chǔ)地質(zhì)分層、工程地質(zhì)分層、水文地質(zhì)分層和淺層地熱能分層的多參數(shù)一體化分層表(表3)?；A(chǔ)地質(zhì)分層以地質(zhì)時代為分層原則，構(gòu)建區(qū)域地層格架，為水工環(huán)地質(zhì)研究提供基礎(chǔ)背景支撐；工程地質(zhì)分層綜合考慮物質(zhì)成分、結(jié)構(gòu)特征和工程特性指標指標，注重巖土體的物理力學性質(zhì)；水文地質(zhì)分層重點關(guān)注地層的富水狀態(tài)，分為含水層和隔水層；淺層地熱能分層從地層的儲熱和換熱性能出發(fā)，提供淺層地溫能開發(fā)潛力的重要參數(shù)。三維地質(zhì)模型構(gòu)建從多尺度可嵌套角度分級構(gòu)建，寧鎮(zhèn)丘陵崗地型城市由于地貌類型多樣，地質(zhì)結(jié)構(gòu)復雜，需采用基于地貌類型的分區(qū)建模與模型嵌套方法實現(xiàn)，蘇錫常平原型和長江中下游平原中小型城市采用鉆孔一體化建模。建模尺度根據(jù)鉆孔控制精度不同體現(xiàn)多尺度效果。可嵌套性體現(xiàn)在多個尺度模型并不是孤立存在，而是支持以模型尺度進行分區(qū)嵌套展示。為了保證各尺度三維模型具備科學性和可驗證性，分級地層物理建模技術(shù)和隱式建模技術(shù)是當前最主流的建模技術(shù)。

表3 蘇南都市圈多參數(shù)一體化分層表Table 3 Multi parameter integrated stratification table in southern Jiangsu metropolitan area

4.4 地下空間資源地質(zhì)環(huán)境三維評價

地下空間資源地質(zhì)環(huán)境評價是一個綜合性課題，主要依據(jù)基礎(chǔ)地質(zhì)、水文地質(zhì)、工程地質(zhì)等多指標多參數(shù)建立地下空間開發(fā)地質(zhì)環(huán)境正負面清單，基于時間、空間緯度評價地下空間資源開發(fā)地質(zhì)環(huán)境適宜性，為地下空間的綜合管控分區(qū)提供依據(jù)(郭培國等，2014)。目前，國內(nèi)外學者對于地下空間資源開發(fā)地質(zhì)環(huán)境適宜性評價進行了諸多研究(汪俠等，2010)，普遍采用分層評價體系開展，分層上一般按照淺層(0～15 m)、次淺層(15～30 m)、次深層(30～50 m)和深層(50～100 m)劃分。分層評價雖然對地下空間的豎向?qū)哟芜M行了劃分，但仍然是二維平面評價，存在一張圖代表某一特定深度范圍的結(jié)果。具有三維屬性的地下空間若進行二維評價會造成三維空間信息丟失，顯著影響評價結(jié)果，城市地下空間資源開發(fā)地質(zhì)條件應(yīng)從三維角度開展評價(郝英紅等，2021)。以蘇南重點地區(qū)(蘇州古城區(qū))為例，首先將三維地質(zhì)模型進行體素化，確定評價空間的體素數(shù)量與范圍；其次，根據(jù)地質(zhì)環(huán)境特點，選取工程地質(zhì)、水文地質(zhì)、地質(zhì)災(zāi)害等一體化模型中與地下空間緊密相關(guān)的參數(shù)建立評價指標體系(表4、表5)，利用專家調(diào)查法對評價因子進行分級，分值越高，其對地下空間開發(fā)影響越大，構(gòu)建層次結(jié)構(gòu)模型。通過層次分析法(AHP)計算權(quán)向量、組合權(quán)向量等；再將評價因子分級、權(quán)重等信息賦值到體素單元，通過三維空間分析獲取各個評價因子的三維體素模型，豐富三維評價結(jié)果的內(nèi)涵(圖6)。最后將單因子三維體素模型進行空間疊加，采用三維空間插值方法補全體素集合信息，得到地下空間資源地質(zhì)環(huán)境評價的三維模型(圖7)。三維模型可展現(xiàn)地下空間資源開發(fā)地質(zhì)環(huán)境適宜性立體空間情況，也可提取不同適宜性等級的空間分布范圍，此外還可根據(jù)不同豎向?qū)哟芜M行劃分，展現(xiàn)特定深度范圍內(nèi)適宜性分級。

圖7 蘇州古城區(qū)地下空間資源三維評價結(jié)果: (a) 整體評價模型; (b) 淺層(0～15 m)評價模型; (c) 次淺層(15～30 m)評價模型; (d) 次深層(30～50 m)評價模型Fig. 7 Three dimensional evaluation of underground space resources in the ancient city of Suzhou: (a) overall evaluation model; (b) shallow layer (0～15 m) evaluation model; (c) sub-shallow layer (15～30 m) evaluation model; (d) sub-deep layer (30～50 m) evaluation model

表4 蘇州古城區(qū)地下空間資源評價指標量化標準Table 4 Quantitative standards for evaluation indexes of underground space resources in the ancient city of Suzhou

表5 蘇州古城區(qū)地下空間資源評價結(jié)果分級表Table 5 Classification of underground space resources evaluation results in the ancient city of Suzhou

4.5 多種地下資源協(xié)同利用

城市不僅有著巨大的地下空間資源開發(fā)潛力與需求，以地下水、淺層地熱能以及地質(zhì)材料資源為主導的多種地下資源稟賦也有著鮮明特點。蘇南都市圈深層地下水資源雖全面禁采，但在地下水禁采措施持續(xù)開展20年來深層地下水水位持續(xù)回升，仍具備應(yīng)急供水功能。此外，淺層地熱能越來越成為城市的潛在利用能源，隨著開山采石的全面禁止，地質(zhì)材料資源也有著巨大需求缺口。多種地下資源之間如果不進行協(xié)同而以以往的單一模式進行開發(fā)，則不僅會造成資源浪費，甚至可能對其他資源和環(huán)境產(chǎn)生嚴重破壞。因此，積極探索地下多種資源之間的相互影響機制，進行多種地下資源協(xié)同利用，是順應(yīng)科學發(fā)展的要求。

城市地下多種地質(zhì)資源共生共存于復雜的地質(zhì)環(huán)境系統(tǒng)中，相互聯(lián)系，相互制約。某一資源開發(fā)往往會對其它資源的開發(fā)潛力產(chǎn)生影響。例如，地下空間資源的開發(fā)造成地下水流場、水質(zhì)和水位的改變；地下水資源的開發(fā)對淺層地熱能利用效率的影響；淺層地熱能的利用(埋管式地源熱泵) 可能對地下空間資源的開發(fā)形成阻礙等(周丹坤等，2020)。

多種地下資源協(xié)同利用的前提需要對多種地下資源的協(xié)同潛力進行相關(guān)研究。協(xié)同潛力由協(xié)同供給能力和協(xié)同關(guān)系共同決定，供給能力越強，可協(xié)同的關(guān)系越多，協(xié)同潛力越大。所謂協(xié)同供給能力，就是判別多種地下資源平面優(yōu)勢賦存區(qū)，劃定某一范圍內(nèi)存在一種或多種優(yōu)勢資源。協(xié)同關(guān)系則是結(jié)合空間、環(huán)境、經(jīng)濟等條件，判別對于地下資源的需求程度和先后順序。一般情況下，城鎮(zhèn)化地區(qū)由于空間資源緊缺，空間拓展和節(jié)能減排矛盾突出，對地下空間和淺層地熱能資源需求較大，多種地下資源的需求排序應(yīng)為“地下空間>淺層地熱能>地下水資源>地質(zhì)材料”。農(nóng)產(chǎn)品主產(chǎn)區(qū)以提供農(nóng)產(chǎn)品服務(wù)為主，由于農(nóng)業(yè)與水緊密相關(guān)，因此多種地下資源的需求排序就變?yōu)椤暗叵滤Y源>淺層地熱能資源>地下空間資源”(表6)。

表6 不同主體功能區(qū)對地下資源需求程度Table 6 Demand degree of underground resources in different main functional areas

4.6 地質(zhì)資料信息數(shù)據(jù)庫與平臺建設(shè)

地質(zhì)資料作為自然資源管理部門一項重要的數(shù)據(jù)源，在城市發(fā)展和建設(shè)過程中發(fā)揮著重要的基礎(chǔ)性支撐作用。然而，地質(zhì)數(shù)據(jù)也存在保存分散、格式不統(tǒng)一、標準不統(tǒng)一等諸多問題，導致數(shù)據(jù)的價值得不到充分發(fā)揮。城市地質(zhì)調(diào)查構(gòu)建的城市地質(zhì)信息系統(tǒng)包括城市地質(zhì)數(shù)據(jù)中心、城市地質(zhì)信息服務(wù)平臺和信息共享平臺(黃敬軍等，2020b, 2021)，實現(xiàn)了對收集的過往地質(zhì)資料及城市地質(zhì)調(diào)查形成的資料的綜合集成，但是由于城市地質(zhì)調(diào)查工作未納入城市管理主流程，多數(shù)城市地質(zhì)信息系統(tǒng)建設(shè)伴隨著城市地質(zhì)調(diào)查項目的結(jié)束而終止，無法實現(xiàn)地質(zhì)資料的動態(tài)更新與管理。

地下空間資源地質(zhì)資料信息數(shù)據(jù)庫與平臺建設(shè)是在城市地質(zhì)信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)上系統(tǒng)集成城市歷史時期各行各業(yè)形成的地質(zhì)信息和成果，開展多要素數(shù)據(jù)成果的坐標轉(zhuǎn)換，構(gòu)建支撐政府部門管理、城市建設(shè)規(guī)劃的地質(zhì)數(shù)據(jù)標準體系。平臺建設(shè)應(yīng)與國土空間基礎(chǔ)信息平臺、CIM平臺、一體化政務(wù)服務(wù)系統(tǒng)等政府管理部門主流平臺充分融合，保障地質(zhì)資料與規(guī)劃管理有效銜接。地質(zhì)調(diào)查成果還需形成地質(zhì)資料匯交、共享和服務(wù)機制，使新的工程勘察資料和動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)能夠標準化的存儲到數(shù)據(jù)庫和平臺中，實現(xiàn)地質(zhì)信息的動態(tài)更新和管理。

5 結(jié)論

(1)蘇南都市圈無論是在城市地下空間資源開發(fā)還是城市地質(zhì)調(diào)查開展方面都處在全國領(lǐng)先地位。地下空間資源開發(fā)可分為三個梯隊，南京、蘇州處在第一梯隊，無錫、常州處在第二梯隊，鎮(zhèn)江處在第三梯隊。城市地質(zhì)結(jié)構(gòu)方面差異較大，寧鎮(zhèn)—宜溧低山丘陵崗地工程地質(zhì)區(qū)基巖埋深淺，第四紀松散層以黏性土為主，呈單一結(jié)構(gòu)，滑坡崩塌、巖溶塌陷、膨脹土的漲縮性是最主要的工程地質(zhì)問題；太湖沖湖積平原工程地質(zhì)區(qū)第四紀松散層厚，土體類型豐富，黏性土和砂性土交織沉積，呈多元結(jié)構(gòu)，軟土沉陷、砂層涌水涌砂、地面沉降和地裂縫是最主要的工程地質(zhì)問題；長江三角洲沖積平原工程地質(zhì)區(qū)則以砂性土和軟土為主，呈二元結(jié)構(gòu)，涌水涌砂是最大的工程地質(zhì)問題。

(2)依據(jù)地下空間資源開發(fā)現(xiàn)狀和地質(zhì)結(jié)構(gòu) “軟硬”兩個方面條件對蘇南都市圈城市地下空間資源進行分類，劃分為寧鎮(zhèn)丘陵崗地型、蘇錫常平原型和長江中下游沖積平原型三種類型。不同類型城市地下空間資源開發(fā)的地質(zhì)背景和城市需求不盡相同，需根據(jù)實際情況定制不同的地下空間調(diào)查、規(guī)劃、建設(shè)、管理體系。

(3)城市地下空間資源調(diào)查是一個全系統(tǒng)全周期工程，涵蓋地質(zhì)調(diào)查、資源開發(fā)現(xiàn)狀調(diào)查、數(shù)據(jù)庫建設(shè)、三維可視化建模、潛力與資源管控評價、宏觀微觀管控體系構(gòu)建、信息共享服務(wù)平臺建設(shè)等多個環(huán)節(jié)。城市地下空間資源地質(zhì)調(diào)查是首要環(huán)節(jié)，較城市地質(zhì)調(diào)查相比提出了更高的要求。自然資源管理下需要在地質(zhì)調(diào)查精度和深度、多參數(shù)多尺度一體化建模、地下空間資源地質(zhì)環(huán)境三維評價、多種地下資源協(xié)同利用等方面進行拓展，探索地下空間資源地質(zhì)調(diào)查新路徑，并納入自然資源管理主流程，為國土空間規(guī)劃管控提供支撐。

注 釋/Note

? 自然資源部. 2020. 自然資源調(diào)查監(jiān)測體系構(gòu)建總體方案. 自然資發(fā)〔2020〕15號.

? Ministry of Natural Resources. 2020#. Overall Scheme for the Construction of Natural Resources Investigation and Monitoring System.

(The literature whose publishing year followed by a “&” is in Chinese with English abstract; The literature whose publishing year followed by a “#” is in Chinese without English abstract)

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Acknowledgements: This paper is a result of cooperative project between Changzhou Municipal People's government and Jiangsu Provincial Department of natural resources, “Changzhou urban geological survey” and “ Jintan District of Changzhou Urban Geological Survey”; Jiangsu geological survey fund project “environmental geological survey of the west of Suzhou Wuxi Changzhou metropolitan area (Su Cai Jian [2017] No. 160)” and “comprehensive geological survey of Southern Jiangsu modernization demonstration area (Su Cai Jian [2016] No. 140)”; The results of the pilot project of mining land integration in Jiangsu Province “evaluation of comprehensive development and utilization of urban underground space resources in Nanjing”.