居字龙， 胡尚军， 陈 思， 尹 猛， 夏 坤， 万 翔

(湖北省地质调查院，湖北 武汉 430034)

人类的健康往往有着地域特征，且与气候、地质条件等地理学背景密切相关[1-8]。许多地质学者探索影响人类生存的地质环境，如地下水、地质灾害、矿山地质环境、水土环境、地方病(高氟病等)等，并提出环境地质、医学地质等研究概念[3-5,8-16]。自20世纪50—60年代以来，国内外科研机构相继开展地质学、医学、化学、生物学等多学科协同融合，结合本底调查及已有数据的挖掘等方式，探索地表环境对人体健康、生态健康的影响关系。

2016年，国务院颁布《“健康中国2030”规划纲要》，纲要中明确要开展环境污染对人群健康影响的评价以及中药材基地规范化种植的研究，探索建立高风险区域重点项目健康风险评估制度。2017年，根据“健康中国”的国家战略，同时顺应新时期对地质工作的新需求，中国地质调查局提出了“健康地质”理念。之后该局依托地质调查项目，开展了健康地质工作方法与规范规程方面的先期预研究。但由于“健康地质”定义不明确，且缺乏科学系统的调查方法和评价体系的规范，导致健康地质调查研究进展滞缓。

2022年，湖北省地质局实施《武汉城市群健康地质调查与风险评价》项目。借此契机，本文综合有关“健康地质”文献、媒体报道和相关标准规范成果，采用对比、借鉴、总结等工作手段，全面梳理“健康地质”的概念、研究内容和评价方法等，以期展现较为系统的研究进展，促进健康地质工作方法和规范规程及风险评价体系的持续研究。

1 健康地质的起源及概念梳理

1.1 概念起源

党的“十八大”以来，以习近平同志为核心的党中央坚持以人民为中心的发展思想，把人民健康放在优先发展的战略地位，全面推进“健康中国”建设。2016年，在国务院发布的《“健康中国2030”规划纲要》中提到要开展重点区域、流域、行业环境与健康调查，建立覆盖污染源监测、环境质量监测、人群暴露监测和健康效应监测的环境与健康综合监测网络及风险评估体系；实施环境与健康风险管理等。

2017年，中国地调局首次提出开展健康地质工作，将面向矿产资源的传统地调工作转向面向人民健康的新领域，指出健康地质工作要切实服务国家战略，落实党中央决策部署，搞清“所以然”，治“未”病。在2022年中国地调局印发的《全国地质调查“十四五”规划》中又强调要建立健全健康地质工作体系，完成全国健康地质总体评价。之后由该局国家地质实验测试中心牵头组建成立“中国地质调查局健康地质研究中心”，建立 “1+6+N”的组织模式(1为实验测试中心，6为六大区分中心，N为参与单位或合作机构)，发展健康地质学科，打造健康地质技术创新与人才成长平台高地，稳步推进健康地质工作。

1.2 与其他概念的比较

健康地质调查的目的在于查明对人类健康有益或有害的地球物质分布及地质作用过程，评价地质环境对人类健康的影响，提出预防、减缓不利地质因素对人类健康影响的对策和实现人居环境改善的规划建议。但由于概念定义不明确，没有科学系统的工作方法、评价体系和标准规范，已经制约了健康地质调查工作的开展。另外，健康地质和医学地质、环境地质、生态地质等概念关联性较大，因此很有必要开展不同概念之间的比较。本文从相关概念的定义、起源及标志性时间、研究对象、主要内容及规范等相关角度开展对比分析(表1)，明确健康地质的定义及研究范畴。

表1 健康地质类似概念比较

概念起源及影响力对比表明：①环境地质和医学地质是全球性的地质学科研究领域，环境地质是起源于全球性的社会发展导致的地质环境问题[14-16],包括水资源短缺、地面沉降、滑坡等；而医学地质则是有针对性地研究地质背景和地质过程对动物及人类健康的影响，并成为联合国教科文组织明确的研究对象，且有大量国外学者开展实际案例研究[18-21]。②健康地质和生态地质则是中国地调局依据《“健康中国”行动(2019—2030年)》及新时期对地质工作的新需求，提出的地质研究新概念，属于大地质范畴且具有中国特色的地质概念。其中生态地质是响应“十九大”提出的生态文明建设，以服务生态文明建设为宗旨，侧重于地学与生态学的关联和渗透[17，22-25]，为此2019年该局公布了《生态地质调查技术要求(1∶50 000)(试行)》标准。健康地质是根据《“健康中国”行动(2019—2030年)》，按照“2023—2025—2030三步走”的战略，查明地质环境对人群健康的影响范围和强度，发现规律、认识机理，持续提供满足政府决策和人民生活需要的健康地质成果，为国家管理、国民健康服务，至今尚未出台相应的标准规范。

概念研究内容对比表明：①环境地质的涉猎面最广[14-16]，包括人类活动相关的地下水、地质灾害、矿山地质环境、水土环境等；而医学地质则专注于地质背景和地质过程对于人类健康的影响，侧重于地方病(高氟病等)[1,5,21]；生态地质则关注与生态环境和地质条件之间的关联[17，22-25]；②健康地质则和医学地质关联较大，且不仅局限于地方病，探究影响人类健康的地质要素，包括人体健康的有益和有害元素的迁移规律以及地形地貌对人类宜居性的影响等。

综上，健康地质调查指以地球系统观为指导，通过查明区域地质环境中岩石、土壤、水、大气、生物多介质的有益和有害元素含量水平、组合特征、生态效应，结合地形地貌、气候条件等因素，评价地质环境对人体健康、宜居性的影响程度。

2 健康地质的研究内容及评价方法

2.1 研究内容及标准规范

健康地质的研究核心是地质环境要素对人体健康的影响。目前常用的健康风险评价方法为“污染场地评估”中“场地健康风险评估”。该评价方法基于1983年由美国国家科学院(NAS)提出的“四步法”健康风险评估，并逐步完善形成[26-30]。评估内容包括危害鉴别、剂量反应评估、暴露评估和风险表征，适用于污染场地的健康风险评估，关注的环境要素主要局限于重金属和有机污染物等定量数据的表征。而随着健康地质调查工作的推进，其他影响人体健康和居住条件的地质环境要素也需要关注，这些地质环境要素对人体健康及生存环境有有利和不利的影响[31-34]。例如黑色泥页岩母质形成的土壤中富硒元素相对较高，是富硒农产品的优质场地[35-37]；负锶矿泉水也是基于相应的地质环境[38-42]。因此，污染场地的健康风险评估方法则显得较为局限，不能适用于全面展开的健康地质调查，需要以地球系统观为指导，全面评价地质环境要素与人体健康的关系。

评估地质环境要素对人体健康的影响，应全面评价与人体健康息息相关的水、土壤、岩石、大气、生物多介质的健康状态。这五种介质中，土壤占据绝对核心的地位，它是生物生长的载体，也是水赋存的载体，也是岩石风化后的最终产物[43-47]。另外，由于现在绝大部分人群的饮用水都是来自自来水厂集中消毒后供应的，自然水体对于人体健康的影响相对减小，水对人体健康的影响方式主要体现在农作物灌溉用水。因此，地质环境对于人体健康的影响主要体现在土地功能健康、岩体稳定性、空气健康三个方面[48-53]。其中土地功能健康可细分为初级生产力评价、水体净化与调节、碳封存与调节、生物多样性供给以及养分供给与循环(详见表2)。

表2 健康地质研究内容梳理

明确健康地质的研究内容后，需综合考虑健康地质调查与评价的工作标准，参照成熟且科学的国家标准及地质、环境等行业规范标准，健康地质调查与评价规范梳理为调查方法、水介质健康评价、土壤介质健康评价、大气介质健康评价、声音介质健康评价、农作物健康评价、岩土安全评价以及场地健康评价等八个方面，详细规范目录见表3。

表3 健康地质调查与评价参考规范

2.2 健康地质评价思路及流程

由于不同土壤利用类型对人体健康影响存在差异，导致了健康地质调查及评价内容会有差异[54-56]。以大众较为关注的耕地和工矿仓储用地为例，耕地对于人体健康的影响，主要涉及到人类活动与耕地土壤直接接触，以及农产品食用导致的有益或有害影响。而工矿仓储用地涉及到工业生产产生的空气、水体、土壤中有害物质以及土体基岩的稳定性对人体健康产生的影响。因此，本次研究提出基于土地利用类型的健康地质评价思路，以第三次全国国土调查的土地利用类型为基础，厘清不同土地利用类型所重点对应的健康地质评价内容，详见表4。

表4 基于不同土地利用类型的健康地质评价内容

基于土地利用类型的健康地质调查与评价思路，将健康地质工作分为两个阶段(图1)：①健康地质调查。该阶段全面收集现有的三调图斑数据、土地质量地球化学调查数据、地质灾害评价数据、专项的实地采样调查(空气质量检测)及实地人群调查，为后期健康地质评估提供基础；②健康地质评价。该阶段包括健康地质等级评价和健康地质专题评价。

图1 健康地质调查及评价流程示意图

2.3 健康地质评价

健康地质评价是健康地质调查结果的重要体现，主要包括健康地质等级评价和健康地质专题评价。健康地质等级评价是根据评价标准对评价单元开展健康地质等级划分，而健康地质专题评价则是以调查数据和成果为基础，针对调查区突出的健康环境问题、有益或有害元素的迁移规律、优势地质基因等方面进行的专题研究。

2.3.1健康地质等级评价

由于评价对象和内容的差异，确定的指标无法适用于每种土地利用类型，另外受制于基础资料的差异，即使是同一种土地利用类型，选取的评价指标也会有差异。层次分析法是一种定性与定量相结合，系统化、层次化的分析方法。该方法将目标分解为多个目标，进而分解为多指标(准则或约束)的若干层次，通过定性指标模糊量化方法计算出层次单排序(权数)和总排序，进而优化目标(多指标)、多方案决策[57-61]。层次分析法可给出相关联因素相对重要性的定量指标，把主观推断转化成数量形式(定性分析转化为定量计算)，从而为健康地质等级评价排序提供支持。

(1) 评价指标的确定。该部分准则层包括初级生产力、水体净化与调节、养分供给与循环、生物多样性供给、碳封存与调节、岩体稳定性及环境空气质量，而每个准则层均有相应的评价指标，详细内容见图2。

图2 健康地质等级评价指标体系

(2) 指标权重的确定。依据前文的健康地质等级评价指标体系，由上至下逐层运用成对矩阵计算模型将评价内容及评价指标两两进行比较，权衡其权重。这个过程需要专业知识深厚且具有丰富经验的场地评估专家来协助完成。通过对场地评价因子及其修正因子的权重分析，确定准则层和指标层各指标的权重关系[54，59-60]。

首先设某一层有n个因素，X={x1，x2，…，xn}，要把n个因素对上层某一目标的影响程度进行排序，aij表示第i个因素相对于第j个因素的比较结果，则成对矩阵为：

再计算重要性排序。根据判断矩阵，求出其最大特征根λmax所对应的特征向量W，则有：

P×W=λmax×W

所求特征向量W经归一化，即为各评价因素的重要性排序(权重分配)。

(3) 一致性检验。为检验以上得到的权重分配是否合理，需要对判断矩阵进行一致性检验。

① 计算一致性指标CI(Consistency Index)，其计算公式为:

CI=(λmax-n)/(n-1)

式中：n为矩阵阶数，且n>1。

② 确定判断矩阵的平均随机一致性指标，1～9阶判断矩阵的RI值依次为:0，0，0.52，0.89，1.12，1.24，1.36，1.41，1.45。

③ 计算一致性比例CR(Consistency Ratio)，其计算公式为：

CR=CI·R

若有CR>0.1，则表明上述判断矩阵的一致性可以接受。同理可求得全部要素层各元素的权重，并分别对其判断矩阵进行一致性检验。按照上述方法计算得到健康地质各指标的权重。为消除不同评价指标的单位与量纲差异，使数据之间具有可比性，需要采用极差标准化法对原始数据进行标准化处理，得到各评价指标的标准化值。

④ 健康地质评价得分及等级划分。参考前文健康地质等级评价中的每个因素层及其对应的指标都是从不同侧面来反映土地健康的状况，将健康地质等级评价各个指标的标准化值与其相应的权重相乘后加和得出综合指数，该指数可全面客观地反映系统的整体状况。健康地质综合指数计算公式为:

式中：S表示土地利用系统健康综合指数；Wi表示第i个指标的权重；Xi表示第i个指标标准化后的值。根据土地利用系统健康综合指数的分值，将健康地质等级划分为:病态、不健康、临界状态、亚健康以及健康5个等级，其分级标准及含义见表5。

表5 健康地质等级划定依据

2.3.2健康地质专题评价

健康地质在医学地质学的基础上，扩展了研究的外延，除了地方病外，还进一步探讨对人类健康有益的地球物质和地质作用过程的健康效应，其专题评价也是在此总体目标下开展的。目前根据土地质量地球化学评价成果，以及政府和社会大众的需求及关注程度，其专题评价方向有以下6个方面值得重点关注：

(1) 地质—地球化学高背景区元素异常对人群健康影响的调查与评价。例如在中国西南地区、可可西里地区等典型地球化学高背景区，研究其元素存在的地质条件、赋存状态、运移条件，及其在生态链中的循环和对周边人群健康的影响。

(2) 矿业活动对人体健康影响的调查与评价。在金属矿山周边开展针对人体健康影响的调查与评价，包括矿山周边小流域元素异常区的范围、影响元素迁移的环境条件和对矿山周边人群健康的中长期影响评估等。

(3) 重点地方病高发区元素缺乏与过剩的现状调查。研究地方病的地学致病因素，对今后的发展趋势作出评估，并针对当地的特点提出有效改善居民生存环境的措施。

(4) 研究硒等有益元素的局部富集机理和对环境与人体健康的影响程度。当前硒作为一种资源被人们认可，应该科学、客观地评价环境中硒的作用，在硒含量不同的地区研究硒富集和转化的机理、迁移过程和对人体健康的评价。

(5) 探索环境污染造成的流域性或局部元素异常对周边人群健康影响机制的评价。针对典型的环境污染问题，开展重金属、有毒或有害元素、有机污染物等不同类型污染调查，以及对周边人群健康评价等。

(6) 建立地质—地球化学环境异常对环境影响的评价体系。

3 典型土地利用类型的健康地质评价

农用地和工矿仓储用地是健康地质调查的重要土地利用类型。农用地作为农产品种植场所，包括耕地、园地、林地和草地，是人类大宗粮食、蔬菜、瓜果的主要来源地。近年来，随着中国人民生活水平的日益提高，农产品的安全和土壤基底的质量逐渐成为关注的焦点。工矿仓储用地则是人类工业活动的最主要场所，包括工业用地、采矿用地、盐田和仓储用地，是绝大部分污染的来源，其存在的健康风险一直是国内外大众及学者关注的焦点，也是科研工作者最早开展健康风险评价研究的土地利用类型。由此可见两者的关注点和研究基础有着较大的差异。

3.1 农用地健康地质等级评价

农用地主要关注土地功能健康，尤其是土地初级生产力、水体净化与调节，以及养分供给与循环。参考前文健康地质等级评价指标体系及健康地质专题评价，本次研究厘清了农用地健康地质等级评价准则层、指标层的具体内容，初步确定了该评价的指标体系和专题研究内容。

在其准则层中以土地功能健康为主，包括土地初级生产力、水体净化与调节、养分供给与循环。准则层均对应有其指标层(图3)。

图3 农用地健康地质等级评价体系

值得注意的是，农作物等级评价是消费者关注的重点问题，不同等级农产品的营养品质和膳食健康差异较大[62-65]。目前农作物等级标准体系包括农产品等级规格标准、绿色食品标准、中国好粮油标准、富硒农产品标准、农产品地理标志标准和有机食品标准。除此之外，中国食品营养标准中也有涉及农产品的部分内容，例如保健食品、预包装食品营养标签和药食物质相关标准。国际上农产品营养标准的最新进展有生物强化定义草案、生鲜农产品营养标签与功能声称。而对于健康地质等级评价，需从中国现行农产品相关标准中梳理以营养成分作为指标的标准，评定农用地的健康地质等级。

3.2 工矿仓储用地健康地质等级评价

工矿仓储用地与人类工业活动密切相关，当前由人类工业活动引起的污染现象日益严重，备受各国政府、民众和科研工作者的关注，而针对污染场地健康风险评估的研究体系已较为成熟。如美国国家科学院(NAS)于1983年提出了“四步法”健康风险评估；美国国家环境保护局于1989年颁布了《超级基金场地风险评价：人体健康风险评估手册》。健康风险评价把环境污染与人类健康联系起来，使用风险度作为评价指标来定量评估污染物对人体健康的致癌与非致癌风险。根据污染物来源、暴露途径、人群易感性、危害类型的差异，构建了许多不同的健康风险评价模型，这些模型目前已被广泛地应用于大气、水、土壤、农产品等环境介质中污染物的评价[66-70]。

评估过程总体分为四步(图4)：①数据收集与评价。主要通过数据收集，分析确定污染物、污染程度和范围、潜在暴露途径、暴露人口及暴露评估预测模型使用的参数；②毒性评估。查阅现有关于污染场地潜在污染物质毒性的研究情况，对该物质可能产生的健康反应作一个定性描述，同时收集与污染物有关的数值，如在土壤、水体或气体中的质量标准限值、有关试验的毒性数据等；③暴露评估。暴露评估主要是探讨污染物的浓度、污染物进入人体的途径及暴露时间长短及频率等因子，根据化学物质对人体的致癌或非致癌毒性作出致癌或非致癌毒性评估；④风险表征。在暴露评估和毒性评估的基础上，定量计算污染场地污染物质非致癌危害指数或致癌风险的大小，并对计算的结果进行解释说明及分析风险评估结果中存在的不确定因素。

图4 “四步法”人体健康风险评估步骤

“四步法”运用污染物暴露模型和健康风险评价模型，细化评价地块中化学或物理因子对人体、动物造成损害的可能性以及影响程度。该研究以大量基础数据作为支撑，其准确性取决于暴露水平测量的准确程度和剂量—反应关系的可靠性。暴露水平的计算包括暴露人群信息参数和环境数据的获得。暴露人群信息参数是人体暴露和健康风险评价中的关键性参数，是暴露评估模型所需的重要基础数据，其准确性是决定健康风险评价的关键因素之一。暴露人群信息参数种类较多，获取方法也比较多，包括现场调查和监测数据、国内有关部门的调研推荐值及《中国人群暴露参数手册》推荐值。

通过综合上述污染地块健康风险评估方法及体系构成，利用层次分析法，初步确定工矿仓储用地健康地质等级评价体系的准则层为土壤介质、水体介质、空气介质健康评价和岩体稳定性评价，其指标层为各准则层对应的人体暴露评估、非致癌风险评价以及致癌风险评价等(图5)。该方法丰富了污染场地健康风险评估工作，并可保持与各土地利用类型健康地质调查评价方法、标准规范的一致性，促进成果间的利用。

图5 工矿仓储用地健康地质等级评价体系

4 结论与讨论

(1) 健康地质是中国地调局依据《“健康中国”行动(2019—2030年)》的战略部署，结合新时期地质工作提出的地质新概念，是医学地质学的延伸。健康地质调查是以地球系统观为指导，通过查明区域地质环境中岩石、土壤、水、大气、生物多介质的有益或有害元素含量水平、组合特征、生态效应，结合地形地貌、气候条件等因素，评价地质环境对人体健康、宜居性的影响程度。

(2) 健康地质主要的研究内容是地质环境要素对人体健康的影响，包括土地功能健康、岩体稳定性、空气健康三个方面。健康地质调查与评价基于不同土地利用类型，采用多层次目标分析法，确定评估的准则层和指标层，以及相关因素的相对重要性，由定性分析转化为定量计算，从而划分健康地质评价等级。

(3) 在土地利用类型中，以农用地和工矿仓储用地对人体健康影响最为密切。农用地重点关注土体功能健康，准则层细分为土地初级生产力、水体净化与调节、养分供给与循环三个方面以及相应指标层；工矿仓储用地健康风险评价融合污染地块健康风险评价思路，重点关注污染物质对人体健康以及岩体的危害，准则层明确为土壤介质、水体介质、空气介质健康评价和岩体稳定性评价。

(4) 健康地质比医学地质研究范围更广，且体现了“以人为本”的地质科研理念。标准化和规范化地开展各种土地利用类型的健康地质调查与评价已成为健康地质研究和发展的核心。其成果转化应用需要与自然资源和规划、生态环保、农业农村等部门对接，通过政府部门的宣传、引导，让健康地质调查与评价成果更好地为政府决策、国民健康服务，同时这也将强有力地推动健康地质工作的持续开展。