上海地质环境演化与工程环境效应研究（精）

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第1章绪论
　　上海市域面积为6833km2，其地位在我国乃至全世界都举足轻重。上海所处的地质环境及其变迁在我国东部滨海平原区具有一定的普遍性和代表性，但其特殊性也十分显著。人类工程活动对地质环境会产生重要影响，同时地质环境对人类工程活动也会产生干预。对地质环境演化与工程环境效应进行研究，有利于了解长江三角洲及我国东部滨海平原地区地质环境的系统演化规律。
　　1.1上海工程地质与城市发展
　　地质历史的演化进程经历了太古宙、元古宙、古生代、中生代和新生代等历史时期，其中在新生代第四纪我国青藏高原的持续隆起，塑造了中国现代地形地貌格局。特别是自第四纪以来，由于全球性古气候旋回的周期性变化引发了一系列环境效应，如沉积环境随海水升降、进退而发生变迁，受地壳构造运动与气候变化等内外地质营力长期作用的影响，在第四纪沉积层中留下了环境演化的相应证据，尤其是在沉降平原与滨海陆架交接地带对地质环境变化和海陆交替变迁的响应更为敏感。上海位于我国东部沉降平原与滨海大陆架这两个地质环境系统的交接带上，海陆交替作用强烈，充分利用蕴含地质事件的诸多信息，研究第四纪时期形成的沉积地层及环境演化规律，揭示早期的陆相环境、中期的海陆过渡及晚期以海相沉积环境为主的地质环境演变历史过程。第四纪期间，上海所处的地质环境是由沉降平原内部向平原前缘不断延伸形成的东部平原系统，再向滨海陆架系统逐步推进，且地壳沉降有渐行加强的演化趋势。
　　上海及广大沿海地区各类工程活动主要涉及第四纪地层。有关第四纪地层的正确厘定、岩土层的详细划分、岩性对比与分布特征、沉积环境变迁的重建等，都是工程地质研究的范畴，需要借助大量的勘察成果资料进行综合研究并给予充分、可靠的论证。近年来伴随着上海城市建设迅猛发展，分布较浅的晚第四纪地层的中砂层、硬土层是承载城市建（构）筑物桩基或天然地基的持力层，而城市超强度开发引发的地面沉降等地质灾害的控制愈加受到人们的关注，迫切要求对不同区域的第四纪地层结构、组成成分与沉积环境演变过程等基础地质问题进行深入的研究。通过对第四纪地层中沉积韵律与构造活动形迹的研究，以及区内磁性地层与极性年表的对比分析，可以为新构造活动性质及活动断裂的确定提供重要佐证。因此，研究第四纪沉积环境、地层结构与工程性质，无论是在理论上还是在实际工程应用上对工程地质学科的发展都具有非常重要的科学价值和现实意义。
　　上海市在解放初期人口只有500万人，到1978年为1100万人，1992年为1365万人，截至2018年底常住人口已达到2418.33万人，全年实现国民生产总值32679.87亿元，成为长江三角洲的龙头。经济的高速发展和人口的快速增长带动了城市的扩张和大面积的开发，1979年上海市超过24m高的建筑只有135幢，到2013年底已经达到36055幢。高层建筑层出不穷，上海的地标建筑“上海中心大厦”建筑主体地上119层，地下5层，总高度为632m，占地面积30368m2，总建筑面积达57.8万m2，是目前国内最高的超高层建筑。上海于1990年1月19日开始修建地铁1号线，1993年5月28日正式通车，随后相继有多条地铁线路开工建设和建成通车，截至2019年底已经建成通车的地铁线路有17条，运营总里程达705km，拥有地铁站415座，位居全国第一。还有多条地铁正在兴建，“上海市轨道交通近期建设规划（2017—2025）”项目实施后，轨道交通网络规模将达到24条线路，总长度超过1000km，车站总数600余座。另外，跨越黄浦江的大桥已经有6座建成通车，穿越黄浦江的隧道已有13条（不含地铁线路隧道）。上海的建设和发展速度，在全国都起到了示范和引领作用，也令全世界瞩目。
　　上海城市的发展，得益于广大工程地质工作者对城市建设场地和区域工程地质条件的深入研究。他们肩负起城市工程地质调查和研究的重任，付出了艰辛的劳动，为城市的建设和发展提供了强有力的技术支撑，做出了不可磨灭的贡献。同时，城市快速扩张和工程难度不断加大，也为工程地质工作者提出了更高要求，有力地推动了上海工程地质事业的蓬勃发展。
　　1.2上海工程地质工作发展历程及研究意义
　　1.2.1上海工程地质工作发展历程
　　上海是中国近代地质科学和地质工作的发端地之一，为我国地质学的创立和发展发挥了重要作用。上海的工程地质工作主要以服务城市建设为特色，其发展历程大致经历了5个阶段。
　　（1）晚清民国时期，地质科技教育逐步兴起，对地面沉降问题开始研究。
　　据相关史料记载，上海本地开展地质调查与钻探工作可以追溯到1860年，当时在黄浦路（今中山东路）美商旗昌洋行内钻探了第一口以取用地下水为目的的深度达77m的深井，于1871年开始观测记录水文资料。在1920~1922年，刘季辰和赵汝钧二人在松江和金山进行地质调查。在此期间，英、美学者先后发表了有关上海第四纪地层及地下水水质方面的研究论文。随后，美国人克里塞利用英商上海自来水公司在市区开凿的一些深井剖面资料，首次对上海第四纪地层做了较为深入的研究。在1928年1月~1932年9月，著名地质学家李四光在上海创建了“中央研究院地质研究所”。
　　在上海张华浜附近于1900年设立了第一个水准点——吴淞零点，在1910~1919年，经反复水准测量，发现西门外一里程标高点高程有3.96mm微小变化，说明在此之前上海地面无明显的沉降现象。在1920年最早发现上海地面有下沉现象，是从潮水位上升和水准点高程降低发现的。在1920~1946年，市区水准点高程年平均降低达30mm，当时已认识到地下水开采是造成地面沉降的主要影响因素，为地面沉降监测奠定了基础。
　　（2）中华人民共和国成立初期，地质工作重点是资源勘探，工程勘察初步应用于城市规划建设。
　　20世纪50年代，上海地区的地质工作曾一度以石油等地质普查为主。1958年，上海市成立了上海石油普查大队，初步查明了上海及周边地区全新世天然气形成、迁移、聚集规律和分布状况，编制了《上海市石油、天然气地质普查总结报告》。当时地质部在上海进行了1：100万航空磁法及重力测量普查工作以及1：20万高精度航空磁法普查。同时，还开展了石材、砂料、泥炭和煤等固体矿产资源的地质调查工作，编写了《上海地区矿产地质普查工作总结报告》。1959年4月，上海市人民委员会决定将上海石油普查大队改建为综合性地质队伍，成立了上海市人民委员会地质处，首创了市政府直接管理地质工作、政事合一的城市地质调查专业机构。1960年6月，上海市贯彻执行中央关于“大搞地质、抓地下资源”的指示精神，决定扩充上海的地质队伍，组建了上海市地质勘察局。
　　据地质档案资料记载，上海市地质档案馆馆藏的第一份报告是1956年11月26日编写完成的《上海市华东纺织工程学院工程地质勘察报告》。在当时，上海的许多钢铁、化工、制药、造船以及相关高校单位新建和扩建，加大了对工程勘察的需求。为此上海市编制了全市33个规划地区共688km2的1：1万、1：5万工程地质图，着重调查了各规划区天然地基承载力、暗绿色硬土层作为桩基持力层的分布及可能发生流沙的地段，首次出版了《上海市工程地质图集》，成为上海城市规划、设计和建设施工的重要基础性技术资料。其间，还为上海市地铁、越江隧道的预期规划研究开展了前期地质调查工作，完成了选线勘察和部分地段初步设计及详勘工作。
　　（3）20世纪60~70年代，环境地质调查工作得到加强，在城市建设中发挥重要作用。
　　自20世纪60年代起，上海市加强了地面沉降调查与控制措施的研究工作。为研究、控制上海地面沉降问题，1961年9月，上海市基本建设委员会组织城市建设局、地质勘察局、港务局、公用局、隧道局，以及华东师范大学地质地理研究所、同济大学等单位，组成上海地面沉降问题研究小组开展工作。1962年5月，地质部和上海市政府组建地质部水文地质工程地质第二大队，正式接受研究、控制上海地面沉降的科研项目。首先查清地面沉降原因，在此基础上有针对性地采取措施控制地面沉降。经过综合调查、地质勘查、专家论证，查明了过量开采地下水是引起上海地面沉降的主要原因。随即采取了压缩或限制地下水开采的措施，从1966年起基本上控制了上海市区的地面沉降，组织编写了《上海市地面沉降勘察研究报告》《上海市地下水动态观测总结报告》《上海市区地面沉降水准测量总结报告》《上海地区第四纪地质水文地质工程地质条件》等，取得了一系列的研究成果。
　　自20世纪70年代起，上海城市地质工作高度关注环境地质的调查与评价工作。1974年，将地下水动态监测与地质环境工作相结合，提交了《上海市地下水污染监测工作总结报告》。1979年，上海市开展环境地质普查与专题评价研究，先后提交了《上海市人工回灌引起地下水中酚污染问题探讨》、《上海市地下水中砷成因初步探讨》及《苏州河水质评价报告》等地质研究报告和相关成果，为评价水质、治理污染和合理保护提供了科学依据。
　　（4）20世纪80~90年代，地质工作的内涵不断丰富，服务领域得到全面拓宽。
　　20世纪80~90年代，上海市地质工作将重点转移至区域性地质调查和与城市发展建设紧密结合的工程地质调查工作上来，相继完成了“上海市1：20万区域水文地质普查”、“上海市1：10万区域工程地质调查”及“上海市1：10万区域环境地质调查”等重大项目，编写并出版了1：20万《上海区域地质志》，系统地建立了上海市地层层序，介绍了区域内有关基岩的构造格架及其特征，并汇集了从基础地质、构造地质到水文地质、工程地质、环境地质的众多研究成果，阐述了上海地区地质史的演变进程。对上海地区广袤厚积的第四纪地层进行了详细划分和典型表述，且被《中国地层典 第四系》广泛引用。
　　1986年，先后完成了1：10万《上海地区遥感解译地貌图》和《上海地区遥感解译第四纪地质图》的编制，编纂了《上海市航空遥感综合调查与研究》。遥感工作研究成果在上海市地质调查、资源评价、土地利用、环境整治、滩涂开发及城市综合管理等方面发挥了积极的作用。1991年，为配合编制城市总体规划，进行了城区1：2万工程地质详查工作，完成了主城区600km2工程地质勘察，基本掌握了上海市工程地质特征，对区域工程适宜性进行了评价，为城市规划部门和建筑设计提供了地质条件参考，也为场地选址提供了基础依据。
　　为推进上海市的抗震防灾工作，上海地矿局主动开展了地震地质研究。先后承担并完成了“上海及邻近地区区域地震地质研究”和“上海地区地质构造研究”等科研项目，对上海地区地震地质背景及构造稳定性进行了全面深入的研究与评价。
　　随着城市建设的快速发展，工程地质的服务领域得到不断拓展。为了配合浦东开发区的规划建设，上海地矿局及时开展了浦东地区工程地质详查和浦东张江高科技园区供水水文地质详查等专项调查工作。还为上海市地铁1号线、2号线建设，南浦大桥和杨浦大桥，浦东国际机场等一大批重点基础设施建设开展了工程地质勘察工作。此外，还开展了大量的专项工程地质调查（主要包括卫星城镇、工业基地建设），以及为城市规划服务的工程地质调查等。
　　（5）进入21世纪，地质工作融入城市规划建设中，信息技术推动城市地质数字化。
　　在21世纪初，地质工作已开始从注重基础地质研究转向环境地质综合调查研究，目的是进一步查明全市范围内地质环境背景以及工业发展和工程建设活动而导致地下水污染的现状、原因与途径，着重研究人类工程活动与地质环境的相互作用和相互影响，在综合调查的基础上进行现状评价，提出防治对策。先后完成了中国地质调查局重点项目“长江三角洲地下水资源与环境地质评价”、“上海市幅1：25万区域地质调查”、“上海市国土资源遥感综合调查”、“上海市1：20万环境地质调查”以及“上海市海岸带资源遥感调查与环境评价”等项目，取得了丰富的研究成果，为国土资源开发与整治提供了科学依据，促进了经济建设与地质环境的协调发展，同时锻炼和造就了上海区域地质与环境地质调查的新