现代城市是人口、资源、科技、文化、教育、信息的相对集中区，受人类活动的影响，城市地质环境产生了显著变化，出现了与城市土地利用、资源开发、废物处置、环境保护和灾害防治等相关的地质问题，严重影响和制约了城市的发展和改造[1-5]。地质工作作为城市规划建设的重要基础，贯穿于城市运行管理的全过程，为统筹城市地上地下建设、优化城市结构布局、拓展城市发展空间、推进绿色低碳城市建设提供基础要素数据，为城市发展提供地质资源与地质环境安全保障，对推动新型城镇化“集约、智能、绿色、低碳”发展和生态文明建设具有重要意义。
城市地质工作随着经济社会的发展而发展，与城市发展阶段密切相关。国外城市地质工作始于20世纪初，20世纪20年代德国绘制了用于城市规划的特殊土壤分布图，随后城市地质工作内容进一步扩展，逐渐注重多学科、多技术的配合，强调以需求为导向，重点解决城市发展面临的问题，促进城市社会、经济、环境可持续发展[6-9]。我国专门性城市地质工作始于改革开放初期，在水资源和地质环境评价等方面做了大量工作。1999年国土资源大调查以来，相继开展了全国306个主要城市环境地质问题摸底调查，北京、上海等6个城市三维地质调查试点，京津冀协同发展、长江经济带发展、粤港澳大湾区建设等10个重点城市群综合地质调查，雄安新区多要素城市地质调查等工作，在拓展业务领域、提升支撑服务水平等方面取得了重要成效[10-12]。
2017年成立雄安新区以来，中国地质调查局组织实施了雄安新区多要素城市地质调查工作，深化了对“空间、资源、环境、灾害”等资源环境条件的认识[13-27]，获取了一批工程建设前唯一的、全面的、高精度的自然资源与环境调查数据，提交了一系列的地质调查成果报告[28-33]，在工作理念、思路、成果表达形式进行了探索创新，为雄安新区规划建设提供了持续有效的服务，为其他地区开展多要素城市地质调查工作提供了示范与借鉴。
1 雄安新区概况
雄安新区位于太行山东麓、河北平原中部，地处北京、天津、保定腹地，距北京、天津均为105 km，距石家庄155 km，距保定30 km，距北京大兴新机场55 km，规划范围包括雄县、容城、安新三县行政辖区（含白洋淀水域），任丘市鄚州镇、苟各庄镇、七间房乡和高阳县龙化乡，规划面积1770 km2（见图1）。未来雄安新区将构建科学合理的空间布局、快捷高效的交通网、现代化的城市安全体系，打造优美的自然生态环境，建设绿色智慧新城，逐步建成绿色低碳、信息智能、宜居宜业的高质量高水平的现代化城市，成为新时代高质量发展的全国样板。这些要求与地质工作密切相关，为地质工作支撑服务国家重大战略提供了重要机遇。
图1 雄安新区地理位置示意图[23]
Fig.1 Geographical location of Xiongan New Area
雄安新区作为北京非首都功能疏解集中承载地，要建设成为高水平社会主义现代化城市、京津冀世界级城市群的重要一极、现代化经济体系的新引擎、推动高质量发展的全国样板。开展地质调查工作是推动高标准高质量建设雄安新区的必要基础，是支撑雄安新区智慧城市和生态文明建设的重要手段，是服务雄安新区规划建设运行管理的切实保障，能够满足服务雄安新区规划建设、自然资源管理、生态环境保护与城市安全运行、“智慧城市”与生态文明建设的需求，为打造多要素城市地质调查示范基地具有重要的意义。
雄安新区地势由西北向东南逐渐降低，地面高程多在5～26 m，地面坡降小于2‰。容城-雄县一线以北地貌类型为冲洪积平原，上部为近代河流冲积层或扇前洼地堆积物，下伏冲洪积层；容城-雄县一线以南地貌类型为冲湖积平原，由近代河流冲积和湖沼沉积形成[20]。地下水主要赋存于第四系含水层中，主要分为4个含水层组，I+Ⅱ含水层组含水层岩性以细砂、粉砂、粉细砂为主，富水性中等，单井涌水量约1000～3000 m3/d；Ⅲ+Ⅳ含水层组含水层岩性以细砂、中细砂为主，富水性较好，单井涌水量约2000～3000 m3/d[27]。100 m以浅地层的工程性质良好，其中10 m以深地层以可塑-硬塑粘性土和中密-密实粉土砂土为主，承载力特征值一般介于140～350 kPa。存在地下水超采、地面沉降等环境地质问题[19]。
2 总体思路
2.1 工作目标
按照“世界眼光、国际标准、中国特色、高点定位”总要求，开展雄安新区“空间、资源、环境、灾害”综合地质调查，构建世界一流的“透明雄安”，打造地热资源利用的全球样板，建成多要素城市地质调查和自然资源调查示范基地，为雄安新区规划建设运行管理提供全过程地质解决方案。
2.2 技术路线
坚持“创新、协调、绿色、开放、共享”的发展理念，精准对接雄安新区规划建设需求，充分发挥地质调查工作的基础性、公益性、先行性作用和技术、人才优势，聚焦雄安新区全生命周期的重大地质问题，科学谋划部署多要素地质调查工作，构建“天地一体、立体监测、自动感知”的自然资源与地质环境综合监测网络，建立开放共享、动态更新、三维可视的“透明雄安”地质信息平台，以科技创新为引领，以雄安新区规划建设为契机，解放思想、转变观念，创新构建城市地质调查工作服务体系，强化服务性地质成果产品设计，服务城市规划建设、运行管理全过程，打造多要素城市地质调查和自然资源调查工作示范基地。
2.3 工作内容与工作量
围绕雄安新区“四城、一网”（绿色、现代、智慧、生态城市，高效交通网）规划建设的需求，以服务新区规划建设、运行管理全过程为导向、以“透明雄安”建设为主线、以地热清洁能源调查和高效利用示范为特色（图2），按照起步区、中期发展区、远期控制区同步推进，逐步深入的原则，统筹部署地热清洁能源调查评价与综合开发示范、白洋淀湿地生态地质调查、水资源调查评价、土地资源调查评价、工程地质与地下空间资源调查评价、深部三维地质结构探测、自然资源与地质环境综合监测网络建设、“透明雄安”地质信息系统建设等工作。
图2 “透明雄安”建设示意图
Fig.2 Schematic diagram of“Transparent Xiongan”construct ion
2.3.1 地热清洁能源调查评价及综合开发示范
开展地热清洁能源调查评价，提出浅层地温能适宜性分区，圈定地下热水开发利用靶区。研究深部基岩热储地质条件，评价地热资源、预测地热开发环境效应。建立地热资源高效综合开发示范基地，开展储层改造增产、回灌及开发利用研究。编制地热开发利用与保护区划，为科学利用地热资源提供支撑。部署施工地热井21个、总进尺约60100 m。
2.3.2 白洋淀湿地生态地质调查
开展白洋淀淀区和周边1/5万生态地质调查，查明水、土、湿地现状及变化，评价淀区水均衡要素时空变化，建立淀区地表水-地下水耦合模型，分析预测不同人工干预情景下湿地和地下水环境响应及演变规律。建立白洋淀湿地资源环境综合监测体系，提交白洋淀湿地水资源、水环境基础数据。部署施工钻探和物探勘查，建成淀区及周边50 m以浅三维地质结构模型。
2.3.3 水资源调查评价
开展白洋淀流域河流水系和水文地质条件调查，查明河道分布、下垫面状况和地下含水系统结构。研究大气降水、地表水和地下水相互转换关系，评价白洋淀对地下水的渗漏补给量。建立区域水文模型，评价白洋淀流域水资源量及开发利用潜力，开展水资源承载能力评价。部署施工水文地质钻孔81个、总进尺约13200 m。
2.3.4 土地资源调查评价
开展土地资源遥感调查，查明耕地、林地、草地、建设用地等土地资源状况。开展土地质量调查，圈定优质耕地范围，确定污染地块边界，进行土地质量和生态环境综合评价。开展土壤有机污染本底调查，评估土壤污染风险，建立土壤环境质量监测网。利用GF-2号遥感数据进行了雄安新区土地资源监测调查，采集了土壤地球化学调查样品38850件。
2.3.5 工程地质与地下空间资源调查评价
开展工程地质与地下空间调查评价，查明工程地质条件与工程地质问题。开展地下空间开发、特殊土体等专题研究，进行工程建设与地下空间开发适宜性评价。构建工程建设层三维地质结构模型。部署施工工程地质钻孔1169个、总进尺约94900 m，采取岩土力学样品约51300件。
2.3.6 深部三维地质结构探测
开展三维地质结构探测，查明0～200 m、200～600 m、600～6000 m、6000～10000 m等层段地质结构。总结“多方法约束、多学科结合、多圈层综合调查”的三维地质结构探测技术方法体系。建立地层划分标准和三维建模地层单元，构建不同空间尺度三维地质模型。部署施工深反射地震剖面470 km、三维大地电磁测深点483个、三维可控源电磁测深点2213个、二维地震勘探18000个物理点、密集台阵400 km2。
2.3.7 自然资源与地质环境综合监测网络建设
面向雄安新区规划建设和重大资源环境问题，构建“天地一体、立体监测、自动感知”资源环境综合监测网，开展地下水、土地、林草、地热、湿地、地面沉降等6类要素系统动态监测，为雄安新区规划建设运行管理提供技术支撑。已建成地下水专门监测站点87个，区域土壤环境监测点600个，浅层地热监测点6个和中深层地热热储监测点32个，地面沉降InSAR监测、水准测量和分层标监测等监测设施。
2.3.8 “透明雄安”地质信息系统建设
建设雄安新区综合地质信息系统，实现多源-多维大数据集成管理；建立三维可视化地质模型，打造“透明雄安”数字平台；利用大数据技术动态汇聚调查监测数据，为绿色、现代、智慧城市规划建设、运行管理全过程提供支撑服务。已初步构建了“透明雄安”地质信息平台，建立了雄安新区地下10000 m的地质框架，实现了工程地质层、含水层、热储层透明展示，汇聚了地质调查与监测数据和成果，可动态提供地质信息服务。
3 主要工作成果
3.1 地热资源
首次系统开展2000～4000 m深部地热调查，查明了深部地热储层埋藏特征、热储温度和资源状况，开拓了地热资源开发利用的第二空间。结果显示热储层温度60℃～130℃，在采灌均衡条件下地下热水可利用资源量为4×108 m3/a，折合标准煤346×104 t/a。钻获多口高产能地热井，其中在安新刘李庄施工的D34井，井口温度123.4℃，井底温度131.9℃，汽水混合流量142 m3/h，是迄今华北地区温度最高的地热井；在安新端村施工的D35井，井口温度109.2℃，井底温度116℃，汽水混合流量250 m3/h，是迄今华北地区产能最大的地热井。
3.2 白洋淀生态地质
围绕白洋淀生态保护与修复的地学需求，开展了白洋淀生态地质调查。基本查明了白洋淀湿地底泥空间分布和重金属、有机污染物、总氮和总磷含量特征（图3、图4），白洋淀淀区土壤和地下水环境质量，分析了白洋淀50 m以浅地质结构特征、研究了淀水与地下水补排关系和渗漏规律，初步从生态清淤、退耕还湿、渗漏防范和水动力恢复等方面提出服务白洋淀生态保护与修复的地学建议。
图3 表层沉积物底泥层厚度(a)和过渡层厚度(b)分布[29]
Fig.3 Thickness Distribution of the bott om layer and the transition layer in surface sediments
图4 表层沉积物总氮（a）总磷（b）分布[29]
Fig.4 Distribution of total Nitrogen and t otal Phosphorus in surface sediments
基于底泥环境质量和氮磷内源释放风险圈定建议生态清淤区78.1 km2（图5），根据重金属及氮磷污染垂向分布规律，确定适宜清淤深度0.2～0.8 m，总清淤体积2190×104 m3。建议在南刘庄等重金属超标严重区优先开展生态清淤[29]。
图5 生态清淤建议[29]
Fig.5 Suggestions for ecological dredging
3.3 地下水
雄安新区地下水隶属于海河大清河流域平原地下水系统，自上而下划分为四个含水层组。根据岩性及地下水开发利用状况，将第Ⅰ、Ⅱ含水层组统称为浅层地下水含水层组，第Ⅲ、Ⅳ含水层组统称为深层地下水含水层组。
雄安新区浅层地下水沿白洋淀淀区周边水位最高，从淀区往容城县、雄县米家务乡和新区西南部三个方向流动，水位逐渐降低。深层地下水水位从西北角往东南角任丘文安方向逐渐降低（图6）。
图6 雄安新区浅层（a）和深层（b）地下水等水位线图（2021年6月）
Fig.6 Contour of shallow(a)and deep(b)groundwater table in Xiongan New Area(June 2021)
2021年，雄安新区地下水水位继续以企稳回升为主。据统计，雄安新区浅层地下水和深层地下水水位稳定和上升区面积均占新区面积80%以上（图7）。受大气降水、地下水禁限采、种植结构调整和白洋淀生态补水等措施影响，雄安新区大部分地区地下水水位上升明显。
图7 雄安新区浅层（a）和深层（b）地下水水位（头）变差图（2020-2021，6月，正值为上升，负值为下降）
Fig.7 Variation map of shallow(a)and deep(b)groundwater table(head)in Xiongan New Area(June,2020-2021,positive value is rising,negative value is declining)
根据2020年雄安新区地下水水质调查监测结果（图8），浅层地下水水质总体较好，深层地下水水质优良[31]。与2017、2018、2019年地下水水质统测结果相比，2020年雄安新区地下水化学各组分含量无显著时空变化，地下水质量评价结果基本一致，地下水质量影响指标基本不变，表明新区地下水质量主要受自然地质背景和地球化学作用控制，较为稳定。
图8 雄安新区浅层（a）和深层（b）地下水质量评价图（2020年）[27,3 1]
Fig.8 Evaluation map of shallow（a）and deep(b)groundwater quality in Xiongan New Area(2020)
3.4 土地质量
完成了雄安新区土地质量地球化学调查，厘清了表层土壤质量地球化学现状，圈定了一批富硒优质土地资源和富硒农作物，初步查明了重金属潜在生态风险特征及污染成因。
新区表层土壤环境以清洁为主（图9），土壤质量总体优良，具有良好的生态环境本底。区内无污染或风险可忽略的优先保护类土地占调查总面积的99.01%，仅局部地块存在土壤重金属As、Cd、Cu、Pb含量超标现象，污染风险可控[28]。
图9 雄安新区土壤质量地球化学综合等级评价图[28]Fig.9 Comprehensive geochemical grade evaluation of soil quality
调查圈定富硒（3.00 mg/kg≥硒含量≥0.40 mg/kg）土地资源面积65450亩，优质清洁富硒土地资源主要分布在容城县西部的南张镇、小里镇地区；安新县城南部地区、寨里乡、安州镇等地区（图10）。富硒区内土壤清洁无重金属污染，有利于农作物吸收硒，建议对绿色富硒耕地实施保护利用。
图10 雄安新区土壤硒（Se）地球化学等级评价图[28]
Fig.10 Geochemical grade evaluation of Selenium(Se)in soil
新区根系土壤中Cd、Cu、Pb和Zn含量均值显著高于其河北省表层土壤背景值。94.83%的根系土样为安全无污染等级；土壤中Cd单指标潜在生态危害最大，其次为Hg元素，Cr、Ni和Zn潜在生态危害较小；总潜在生态风险指数（RI）以轻微和中等等级为主，占比分别为64.66%和30.17%（图11）[24,28]。
图11 根系土壤采样点重金属潜在生态风险指数RI的叠加柱状[28]
Fig.11 Stacked columns of RI for potential ecological risk index of heavy metals in root soil samples
3.5 工程地质与地下空间
围绕雄安新区规划建设的需求，开展了不同精度的工程地质调查，其中“一主五辅”地区钻孔密度达到1～4个/km2、0～100 m垂向调查精度达到米级。通过调查，深化了对新区100 m以浅的地层年代、岩性、沉积特征、工程地质性质的认识，建立了雄安新区标准钻孔柱状图、工程地质剖面（图12）、工程地质层组划分标准，总结了工程地质层组空间展布规律、土体力学性质和承载力、砂土液化等工程地质问题特征，建立了不同精度的三维工程地质结构模型。
图12 雄安新区标准工程地质剖面图
Fig.12 Standard engineering geology section of Xiongan New Area
雄安新区地层结构具有砂、粘互层的特点，根据砂层埋藏条件，将起步区100 m内地下空间划分为3层。地表至地下8层砂层顶板埋深以上空间作为浅层空间，埋深在0～30.0 m以内区域；8层砂层底板埋深以下至10层砂层顶板埋深以上空间作为次深层空间，平均深度范围介于30.0～50.0 m；10层砂层底板埋深以下至13层砂层顶板埋深以上空间作为深层空间，平均深度范围介于50.0～70.0 m。100 m以浅地下空间开发利用层位建议见图13。
图13 雄安新区地下空间开发利用
Fig.13 Underground space development and ut ilization in Xiongan New Area
3.6 三维地质结构
基于钻孔分层、地球物理探测数据和测井资料，建立了雄安新区10 km以浅三维框架地层结构模型（图14），形成了浅、深结合的多层次、多尺度、不同属性的三维建模技术体系，为雄安新区深部三维地质结构探测综合研究提供了有力支撑。
图14 雄安新区三维结构框架模型（0～10 km）[32]
Fig.14 Three-dimensional structural f ramework model of Xiongan New Area(0～10 km)
3.7 自然资源环境综合监测网络
围绕解决重大资源环境问题需求，初步建成了“天地一体、立体监测、自动感知”的自然资源环境综合监测网，实现了对地下水位、水质、土壤环境质量、林草湿空间分布、地面沉降量和发育面积等指标的持续监测，获取海量数据，动态评价雄安新区资源环境变化情况，并依托“透明雄安”数字平台，基本实现了对全要素监测信息的查询统计、综合分析和预警服务。
3.8 “透明雄安”地质信息平台
采用“钻探-物探”结合方法，构建了雄安新区万米深度范围多层次、多尺度地下空间三维地质结构框架。利用“透明雄安”数字平台对0～10000 m的多源基础地质数据和地质成果进行集成化管理，利用矢栅一体化高精度地质建模技术，建立了雄安新区工程建设层、地下含水层、地下热储层、深部探测层等三维地质结构模型，实现了互联网络环境下的在线地上、地下三维一体化展示，解决了城市地质融入智慧城市平台关键技术问题，并可为管理人员、专业人员和公众等不同类型用户，提供模型展示、地质安全评价、地下空间开发、工程地质勘察、地热资源管理等八大类专题服务。
3.9 国土空间工程建设适宜性评价
按照《城乡规划工程地质勘察规范》（CJJ 57-2012），工程建设适宜性分为不适宜、适宜性差、较适宜和适宜等四级。雄安新区国土空间工程建设适宜性定性评价结果为适宜和较适宜。
雄安新区工程建设较适宜区位于安新县、赵北口镇、安州镇、同口镇、端村镇、圈头、刘李庄镇、七间房乡、老河头镇、北沙口镇、大营镇、米家务乡，分布有软弱土、轻微可液化土，存在地面沉降问题，地基基本稳定，地下水水位对工程建设影响较小。其他地区均为适宜区，基本不存在软弱土、可液化土，地面沉降问题发育程度弱，地基稳定，地下水水位对工程建设基本没有影响。
4 应用成效
基于雄安新区地质调查成果，围绕规划编制、地热资源管理、土壤污染管控、白洋淀生态环境修复、地下水资源管控和地面沉降防治、数字城市建设等方面，编制提交了30余份应用性成果，服务成效显著。
4.1 服务新区总体规划编制
及时将地质调查成果融入雄安城市规划管理中，为总体规划编制提供决策咨询报告和基础图件。雄安新区设立伊始，充分利用已有资料，系统梳理了8个方面的资源环境条件，针对雄安新区规划提出了5条建议，编制了12张资源环境图件，及时为雄安新区规划前期研究提供了亟需的基础地质资料。随后，组织实施了工程地质、土地质量、地下水与地面沉降、浅层地热能等调查。2017年7月编制的《支撑服务雄安新区总体规划地质调查报告》，为总体规划编制提供了三维地质结构、地下水流场、土地质量区划等基础地质资料。
4.2 服务详细规划编制及工程勘察建设
为重点建设片区控制性详细规划编制提供重要技术报告和系列工程地质参数。根据容东、昝岗、起步区、寨里、雄东等重点建设片区控制性详细规划的需要，开展了工程地质详查，建立了高精度三维工程地质模型，编制提交了工程地质勘查报告，为重点片区规划建设和地下空间开发提供了工程地质分层、土体力学参数和承载力特征值等详实的数据资料。
4.3 服务新区地热资源开发与管理
为地热资源开发和管理监督提供全过程服务。基本查清了新区深部地热资源状况，提出了大区块设置地热探矿权和采矿权的建议。完成了容东区块地热资源储量评价，承担了大营、朱各庄、北沙口、雄县南等4个区块地热资源预可行性勘查和储量评价，为新区地热区块勘查和大规模开发利用奠定了基础。编制完成的雄安新区地热资源勘查监测等技术规程，有力地促进了地质工作融入到新区地热资源管理中。
4.4 服务优质土壤利用与污染地块管控
为优质土壤再利用和污染地块管控提供精准服务。提出了耕作土剥离再利用和地下空间挖方土资源再利用的建议，助力新区土地资源优质优用和循环利用。圈定了雄安新区土壤重金属污染区铬污染边界、评价了污染程度、提出了污染土壤清理修复建议，为新区土壤重金属污染治理提供了详实的数据。编制了雄安新区“一主五辅”土地质量地球化学调查报告，调查评价了重点监管企业周边土壤环境地球化学质量，为雄安新区污染区块边界划分与土地污染管控提供了服务。
4.5 服务白洋淀生态环境修复
为白洋淀生态环境修复提供地学建议。圈定了20世纪80年代以来形成的污染沉积物的厚度和分布，提出了生态清淤范围和深度建议。评价了白洋淀水土质量，研判水位恢复条件下淀泊富营养化风险，提出了白洋淀退耕还湿的建议。探明了淀底砂层分布和淀水渗漏规律，评价了白洋淀生态清淤等修复工程实施后对白洋淀渗漏的影响并提出了对策建议。探索调查白洋淀水动力对水质的影响，初步提出围埝清除和生态补水优化建议。这些建议有力支撑了白洋淀生态环境保护与修复。
4.6 服务地面沉降防治与地下水资源管控
为地面沉降防治和地下水资源管控提供科学依据。调查监测了雄安新区地面沉降状况，圈定了北部大营镇、南部龙化乡等地面沉降严重区范围，在雄安新区建立地面沉降分层标组，并融入雄安水准原点建设，成功纳入新区城市市政基础设施。评价了雄安新区地下水资源，分析了地下水水位、水质变化规律，为新区合理开发利用水资源和有效管控地下水开采提供了基础数据。
5 结论
（1）雄安新区多要素城市地质调查首次实践了以空间、资源、环境、灾害多要素为调查对象，以城市规划、建设、运行、管理全过程为服务对象，以多方协调联动为工作机制的多要素城市地质调查工作理念，系统开展了雄安新区多要素城市地质调查，初步建成自然资源与地质环境综合监测网、“透明雄安”地质信息平台，成为了多要素城市地质调查的典型示范。
（2）创新了工作模式和成果服务方式。基于雄安新区地质调查成果，为规划编制、地热资源管理、土壤污染管控、白洋淀生态环境修复、地面沉降防治、数字城市建设等工作提交了一系列应用性成果，得到相关部门和设计单位的应用，服务成效显著。
（3）探索总结了雄安新区多要素城市地质调查技术方法。在地块尺度土地质量地球化学调查，“多尺度”工程地质结构调查与三维模型构建、厚覆盖区有效的地球物理探测方法组合，矢栅一体化高精度建模、三维地质模型更新、高精度模型网络化展示等方面取得了重要进展，为其他地区多要素综合地质调查工作提供了借鉴。
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