环境地质学总论：环境与地质环境

1、1,提纲,一、环境的概念 二、地质环境的概念 三、地质环境的基本特性 四、地质环境系统的组成要素及结构,2,一、环境的概念,环境是指系统以外的事物，也就是说环境总是相对于某个中心事物或研究主体而言的,广义环境的概念（系统科学中环境的概念,什么是环境,环境是相对的，没有边界的,环境不是研究的主体，但与研究主体不可分,滑坡地下水系统与环境； 斜坡地下水系统与环境； 流域地下水系统与环境,3,一、环境的概念,为什么要明确环境的概念,将复杂的事物、问题简化； 明确研究某一事物和问题的主体； 选择与研究主体相关的环境要素,在环境科学中，环境的概念是什么,环境是影响人类生存和发展的各种天然和经过人工改造的

2、自然因素及社会因素的总和。主要指人类的生存环境，是人类赖以生存和发展的物质条件,狭义环境的概念,4,研究对象：“人类环境”系统 ，是一个以人类为中心的生态系统。 环境科学的内涵：影响人类生存发展的食物或物质条件 外延：符合内涵规定属性和特征的具体事物,自然环境 社会环境,环境科学研究什么 ,狭义的环境包含什么,某个人的个体 一个家庭或国家的群体,一、环境的概念,5,二、地质环境,地质环境是人类环境中极为重要的组成部分，主要是指与人的生存发展有着紧密联系的地质背景、地质作用及其发生空间的总和，又称为地质环境系统,什么是地质环境,从空间概念上，地质环境系统包括全球地质环境系统和局域地质环境系统,强

3、调研究对象、组成要素、演化过程，具有明确的范围。 地质环境系统是人工和自然的复合系统,地质环境研究的对象 环境地质分析研究过程,6,二、地质环境,地质环境是一种空间概念，在实际应用时常加前后缀，如地区地质环境调查，以说明研究对象的地理范围、观察对象的地质学色彩，调查意指对这个特定空间实体和现象的描述、刻画。 环境地质一词常具有思辨的成分，用于学科的定名，如环境地质学。它将地质环境作为研究对象，探讨环境问题发生的地质学本质，或指某些环境问题的地质学机理分析，既包括自然地质作用也包括人为地质作用的物理、化学本质，如地区地面沉降的环境地质研究,地质环境”与“环境地质”的区别,地质环境可以理解为研究的

4、对象，环境地质则是对这个对象的分析研究过程,7,二、地质环境,与岩石圈、大气圈、水圈、生物圈相重叠的部分。在这里，气、水、岩（土）、生物相互作用、相互联系，是人类居住、生活、从事各种社会经济活动，并与气、水、岩（土）、生发生联系的场所,全球地质环境系统,全球地质环境系统界限,1、建立全球地质环境系统的需要 2、下界面不完全一致 3、本教材认为地表以下平均10km处,8,二、地质环境,全球地质环境系统,本教材认为地表以下平均10km处,1、由地表至地下10km是目前人类从事各种活动的空间； 2、该深度是目前地质理论认识较详尽，绝大部分探测手段可以查明的最大范围，超出此深度人们所知甚少,尚难运用于

5、工程实践； 3、地表至地下10km是地球四大要素最齐全，相互作用最活跃，对人类影响最突出的空间区域； 4、该深度大体相当于上、下地壳之间的分界面，即康拉德面。它也被视作硅铝层的边界面，该面与莫霍面之间的地震带称为康拉德层，常诱发浅源地震。据此可以认为，该界面以下是地球内动力最活跃最集中区域，是导致全球地质环境系统地震、火山喷发的主要动力源区。换句话说，该深度以下即可认为是地球深部,9,二、地质环境,局域地质环境系统,空间范围,由于研究对象因目的和任务而变，空间范围也随之而变，可以由一个场地到几万平方公里。（水平和垂向） 荒漠化、地面沉降、水土流失、泥石流、滑坡、崩塌等,全球地质环境系统的一部分

6、； 空间范围不固定，如何确定局域地质环境系统,10,二、地质环境,比全球的小，但具体的对象可能有所不同，可由片刻到几十上百年。 地下水污染、地面沉降；水土流失、荒漠化；泥石流、滑坡等,时间范围,11,二、地质环境,为什么要考虑地质环境系统时空尺度,正确分析和解决问题的前提,建立地质环境系统的基础。 解决地质环境问题的前提。 是分析问题方法，如：时间换空间、空间换时间等。 判断结果可靠性的依据,12,三、地质环境的基本特征,地质环境以系统的方式存在,系统：是指由相互联系、相互作用的若干要素构成的具有统一功能的整体。（整体性、相关性、层次性、发展性,什么是系统,由多个要素组成； 要素间相互作用、相

7、互联系； 构成一个统一的整体； 具有一定的功能； 系统也是一种思维方式和处理问题的技巧,13,三、地质环境的基本特征,地质环境是开放系统,孤立系统 封闭系统 开放系统,地质环境系统与环境间具有密切的关系,这种关系通过什么建立的,物质和能量的交流,14,三、地质环境的基本特征,地质环境系统是有层次的,随着空间和时间的改变，系统的结构、特征和功能也发生变化，从而表现出不同的等级关系。 系统在不同的层次上表现出不同的行为特征，遵循的规律和研究方法也不同。 地质环境系统是有层次的。要简化复杂系统，以便对其结构、功能和演化进行分解和预测,层级理论：系统不存在绝对的部分（子系统）和绝对的整体，通常可以按不

8、同的时空尺度或功能分解为相对离散的多个部分（子系统）或等级层次,15,三、地质环境的基本特征,地质环境是不断演化的,地质环境背景是地质环境的基本组成，地质环境演化的主要依据； 地球演化相对于地质环境演化历史长； 局域地质环境系统具有明显的演化特征,世界上任何事物都有其发生、发展和消亡的过程,在地质学中，造山运动、海陆变迁、生物大爆发和大灭绝事件等，对于某一地质环境问题亦然,演化不等于变化,16,三、地质环境的基本特征,地质环境具有自然和社会的双重属性,地质环境的自然属性,自然地质作用,内动力地质作用,外动力地质作用,从远古至今，自然地质作用从不停息，无论有没有人类的活动，它都会持续地进行下去，

9、影响着地质环境的结构和功能，使地质环境具有鲜明的自然属性。 “太阳从东方升起”、“水往低处流”等,17,三、地质环境的基本特征,地质环境具有自然和社会的双重属性,地质环境的社会属性,人为地质作用：人通过工程活动，对地面以下地球四大要素自然分布格局的干扰，主要是对岩、土、地下水天然时空结构的改造,人类干扰方式所遵从的不是自然规律，更多的是社会规律（甚至是少数人的意志），各种行为产生的根源有着深刻的社会学、经济学基础,古：天人合一； 今：人定胜天,防治地质环境问题，也需要注意其社会属性风险性,18,四、地质环境系统的组成要素、结构和功能,地质环境系统的组成要素,地质环境系统：大气圈、水圈、生物圈、

10、岩石圈相互叠置的地球浅表。 空气、水、生物、岩石、土壤和能量构成基本要素。 他们并非孤立的，但物质存在形式、运动规律不同，各有特点,例如：进行水岩作用的数值模拟； 地下水污染研究,19,地质环境系统的结构,定义：地质环境系统内部物质能量的分布格局、组织形式以及组成要素（部分）之间相互作用、相互联系的方式与秩序,四、地质环境系统的组成要素、结构和功能,系统的结构具四维性质，包括空间结构和时间结构,地质环境调查的主要内容就是查明地质环境系统的结构,20,地质环境系统的空间结构,地质背景子系统,地质环境系统,硬结构 软结构,人工子系统,硬结构 软结构,地质背景子系统,硬结构 软结构,硬结构 软结构,

11、四、地质环境系统的组成要素、结构和功能,在局域地质环境系统中，可能某个子系统结构不明显,21,地质环境系统的时间结构,定义：系统组成要素（部分）的状态、相互关系在时间流程中的关联方式和变化规律,四、地质环境系统的组成要素、结构和功能,硬结构：地层沉积韵律的变化，岩土体变形的时间过程 软结构：各种物理场的动态变化,22,怎样理解地质环境的时空结构,地质环境系统分析的关键就是结构分析。 是认识地质环境系统的手段，探索系统演化规律的线索，解决地质环境问题的基础,四、地质环境系统的组成要素、结构和功能,结构变化是地质环境系统演化的内在根据，也是系统功能改变的根本原因,地质环境的地质背景和人工子系统之间

12、有着紧密的时空关联,23,四、地质环境系统的组成要素、结构和功能,地质环境系统的功能,定义：地质环境系统与外部环境相互联系和作用过程的秩序和能力。可以理解为系统结构整体与环境进行物质能量、信息交换的秩序、功效和能力的描述。（无好坏之分） 系统的功能无好坏之分，只有在与环境相互作用的过程中才能够体现。 如：地质环境系统的自净功能； 地下水系统的供水功能； 地震、水土流失、泥石流、滑坡等,24,四、地质环境系统的组成要素、结构和功能,地质环境结构和功能相关的启示,1、结构决定功能 功能的发挥受系统内部结构的制约 2、异构同功，同一功能可以通过不同的系统结构去实现。 “同一目标可以通过不同的途径去实

13、现”。 3、同构异功 适应不同的环境条件，同一结构能发挥多种功能。 4、结构与功能协同演化 系统功能的发挥，既是结构稳定的条件，又是结构变化的前提,25,四、地质环境系统的组成要素、结构和功能,系统的结构与功能之间关系,1、地质环境问题分析的一般思路,现象,机制,原因,功能失调、功能障碍,结构分析,环境输入,功能变化,因此,结构变化,输入变化,结构变化,输入变化,功能变化,结构变化,输入变化,结构决定功能,结构与功能协同演化,26,四、地质环境系统的组成要素、结构和功能,系统的结构与功能之间关系,2、地质环境问题治理的两个基本原则,功能,结构,输入,因此,结构调整,输入调整,系统结构的调整（人

14、工直接干预结构,输入方式的调整（人类自律,27,四、地质环境系统的组成要素、结构和功能,系统的结构与功能之间关系,3、系统结构调整方案的优化 异构同功 切记：不同的结构可以实现同一功能，应寻求设计一些简单、方便、低廉、绿色的结构去代替那些复杂的、代价昂贵的且有后遗症的方案,4、多功能的统筹管理 同构异功 常常只注意一种功能，却忽略了其他功能的发挥,28,矿山地质环境系统,四、地质环境系统的组成要素、结构和功能,矿山地质环境系统结构,空间：地质背景子系统地形地貌、地层岩性、矿产、矿区水文、地质构造等。 人工子系统采矿设备、矿区建筑、采矿方法、工序等,时间：不同时间的地质背景和人工活动。通常采矿结

15、束后，矿山地质环境仍然不断演化,29,矿山地质环境系统结构和功能,四、地质环境系统的组成要素、结构和功能,矿山地质环境系统功能,采矿、矿物输出、视觉环境变化 降雨、矿区排水,当功能失调障碍时，引发矿山地质环境问题,如何避免矿山地质环境问题？ 如何治理,30,矿山地质环境系统结构和功能,四、地质环境系统的组成要素、结构和功能,避免矿山地质环境问题需回答,矿山适宜开发的程度如何？ 开发后造成的危害程度多大？ 怎样合理地开发？ 怎样进行地质环境保护,编制矿山地质环境保护与恢复方案，并认真执行,31,当矿山地质环境问题发生时，分析和治理需要明确,存在哪些地质环境问题？ 各问题形成的机制和相关性？ 哪些

16、环境输入对地质环境问题影响较大？ 通过什么途径进行治理,矿山地质环境系统结构和功能,编制矿山地质环境治理工程设计,四、地质环境系统的组成要素、结构和功能,32,四、地质环境系统的组成要素、结构和功能,矿山地质环境问题,地质灾害：不稳定边坡、泥石流； 资源损毁：土地资源占用和破坏、地形地貌破坏； 环境污染：水体污染； 其他：基础设施破坏。 不稳定斜坡 泥石流 土地和地貌景观破坏,33,矿山地质环境问题形成机制结构分析,四、地质环境系统的组成要素、结构和功能,坡体内部应力的重分布 岩土体破坏 水化学成分变化,采矿活动 降雨,矿山地质环境问题原因输入分析,34,矿山地质环境问题治理方案,四、地质环境系统的组成要素、结构和功能,改变内部结构：改变应力分布形式、岩体性质、结构加固、改造地貌景观、恢复土地功能。