地质环境的概念

1、第二讲第二讲环境与地质环境环境与地质环境中国地质大学环境学院 School of Environmental Studies-CUG提纲纲 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中国地质大学环境学院 School of Environmental Studies-CUG一、环境的概念一、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环境是指系统以外的事物，也就是说环境总是相对于某个某个中心事物或研究主体中心事物或研究主体而言的。而言的。系统环境环境系统u 广义环境的概念（系统科学中环境的概念）广义环境的概念（系统科学中环境的概念）

2、什么是环境？环境是相对的，没有边界的。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。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；滑坡地下水系统与环境；斜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。流域地下水系统与环境。中国地质大学环境学院 School of Environmental Studies-CUG一、环境的概念一、环境的概念为什么要明确环境的概念？l将复杂的事物、问题简化；将复杂的事物、问题简化；l明确研究某一事物和问题的主体；明确研究某一事物和问题的主体；l选择与研究主体相关的环境要素。选择与研究主体相关的环境要素。在环境

3、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自然因素及社会因素的总和。主要指的自然因素及社会因素的总和。主要指人类的生存环境人类的生存环境，是，是人类赖以生存和发展的物质条件。人类赖以生存和发展的物质条件。u 狭义环境的概念狭义环境的概念中国地质大学环境学院 School of Environmental Studies-CUG研究研究对象：对象：“人类人类环境环境”系统系统 ，是一个以人类为中心，是一个以人类为中心的生态系统。的生态系统。环境科学的环境科学的内涵内涵：影响人类生存发展的食物或物质条件：影响人类生存

4、发展的食物或物质条件 外延外延：符合内涵规定属性和特征的具体事物：符合内涵规定属性和特征的具体事物 自然环境自然环境社会环境社会环境一、环境一、环境环境科学研究什么环境科学研究什么 ? ?狭义的环境包含什么？某个人的个体某个人的个体一个家庭或国家的群体一个家庭或国家的群体中国地质大学环境学院 School of Environmental Studies-CUG二、地质环境二、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与人的生存发展有着紧密联系的有着紧密联系的地质背景地质背景、地质作用地质作用及其及其发发生空间生空间

5、的总和，又称为地质环境系统。的总和，又称为地质环境系统。 u 地质环境的定义地质环境的定义强调：研究对象：影响人类的地质背景、地质作用组成要素：气、岩（土）、水和生演化过程：地质作用过程具有明确的范围。中国地质大学环境学院 School of Environmental Studies-CUG生活的好与坏，不能怨天尤人？生活的好与坏，不能怨天尤人？ 地质背景和地质作用是影响人类生存发展的主要因素。地质背景和地质作用是影响人类生存发展的主要因素。人类世的大规模人类活动影响极大。人类世的大规模人类活动影响极大。中国地质大学环境学院 School of Environmental Studies-C

6、UG从空间概念上，地质环境系统包括从空间概念上，地质环境系统包括全球地质环境系统和局域全球地质环境系统和局域地质环境系统地质环境系统。地质环境研究的对象 环境地质分析研究过程二、地质环境二、地质环境中国地质大学环境学院 School of Environmental Studies-CUG二、地质环境二、地质环境与岩石圈、大气圈、水圈、生与岩石圈、大气圈、水圈、生物圈相重叠的部分。在这里，气、物圈相重叠的部分。在这里，气、水、岩（土）、生相互作用、相互水、岩（土）、生相互作用、相互联系，是人类居住、生活、从事各联系，是人类居住、生活、从事各种社会经济活动，并与气、水、岩种社会经济活动，并与气、

7、水、岩（土）、生发生联系的场所。（土）、生发生联系的场所。u 全球地质环境系统全球地质环境系统 地质环境系统是人工地质环境系统是人工- -自然自然的复合系统的复合系统中国地质大学环境学院 School of Environmental Studies-CUG全球变化研究全球变化研究2020世纪世纪8080年代以来，年代以来，全球变化全球变化是全世界媒是全世界媒体使用频率最高的词体使用频率最高的词汇之一。这主要是由汇之一。这主要是由于科学界确认了由于于科学界确认了由于人类活动造成大气中人类活动造成大气中C CO O2 2和其他稀有气体浓度和其他稀有气体浓度增加导致全球变暖的增加导致全球变暖的事实

8、事实（温室效应）（温室效应）？二、地质环境二、地质环境中国地质大学环境学院 School of Environmental Studies-CUG8080年代末提出了年代末提出了“全球输送带全球输送带”概念，这概念，这是深海热盐环流的重要组成部分，它描述了是深海热盐环流的重要组成部分，它描述了北大西洋下沉的深层水南下，通过南极绕流北大西洋下沉的深层水南下，通过南极绕流进入印度洋和太平洋，然后上翻到上层，再进入印度洋和太平洋，然后上翻到上层，再返回北大西洋。返回北大西洋。大洋环流主要由大洋环流主要由风应力、太阳的不风应力、太阳的不均匀加热、及降水均匀加热、及降水和蒸发的不均匀分和蒸发的不均匀分布

9、所驱动。大洋上布所驱动。大洋上层层( (约约10001000米以上米以上) )环流主要是风驱动，环流主要是风驱动，称作风生环流；大称作风生环流；大洋下层洋下层( (约约10001000米米以下以下) )主要是密度主要是密度不均匀驱动，称作不均匀驱动，称作热盐环流。热盐环流。二、地质环境二、地质环境中国地质大学环境学院 School of Environmental Studies-CUG信息与知识信息与知识 用户用户通过以航空、航天平台为通过以航空、航天平台为载体的遥感技术获取地球载体的遥感技术获取地球系统的数据与信息。系统的数据与信息。全球探测技术全球探测技术二、地质环境二、地质环境中国地质

10、大学环境学院 School of Environmental Studies-CUG 对对 地地 观观 测测 系系 统统全球气候全球气候观测系统观测系统全球海洋全球海洋观测系统观测系统全球陆地全球陆地观测系统观测系统气象气象水文水文生态生态海洋海洋地震地震 地地 面面 观观 测测 网网二、地质环境二、地质环境中国地质大学环境学院 School of Environmental Studies-CUG遥感方法遥感方法 数据采集系数据采集系统统 地区观地区观 测网测网 地球深部地球深部探测技术探测技术 地表勘测地表勘测技术技术GIS数据处理数据处理分析系统分析系统专家系统专家系统决策支决策支持系统

11、持系统 电子地图电子地图数据表达数据表达与可视化与可视化虚拟现实虚拟现实动态模拟动态模拟 数据仓库数据仓库 数据发布数据发布与访问与访问 网络网络GIS网络决网络决策系统策系统地球信息的采集、处理和应用已构成完整的系统地球信息的采集、处理和应用已构成完整的系统 正在向正在向数字地球数字地球方向发展方向发展 电子地图电子地图虚拟现实虚拟现实动态模拟动态模拟 电子地图电子地图虚拟现实虚拟现实二、地质环境二、地质环境中国地质大学环境学院 School of Environmental Studies-CUG1、建立全球地质环境系统的需要、建立全球地质环境系统的需要2、下界面不完全一致、下界面不完全一

12、致3、本教材认为地表以下平均、本教材认为地表以下平均10km处。处。关于全球地质环境系统的下界：关于全球地质环境系统的下界：二、地质环境二、地质环境l人类从事各种活动的空间；人类从事各种活动的空间；l地质理论较详尽，大部分探测手段地质理论较详尽，大部分探测手段的最大探测深度。的最大探测深度。l水、土、气和生四要素作用空间；水、土、气和生四要素作用空间；l上、下地壳的分界面。上、下地壳的分界面。中国地质大学环境学院 School of Environmental Studies-CUG二、地质环境二、地质环境u 局域地质环境系统局域地质环境系统l 空间范围l 时间范围由于研究对象因目的和任务而变

13、，空间范围也随之而变，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）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。荒漠化、地面沉降、水土流失、泥石流、滑坡、崩塌等。比全球的小，但具体的对象可能有所不同，可由片刻到比全球的小，但具体的对象可能有所不同，可由片刻到几十上百年。几十上百年。地下水污染、地面沉降；水土流失、荒漠化；泥石流、地下水污染、地面沉降；水土流失、荒漠化；泥石流、滑坡等。滑坡等。中国地质大学环境学院 School of Environmental Studies-CUG二、地质环境二、

14、地质环境l 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！正确分析和解决问题的前提！l建立地质环境系统的基础。l解决地质环境问题的前提。 l是分析问题方法，如：时间换空间、空间换时间等。l判断结果可靠性的依据。中国地质大学环境学院 School of Environmental Studies-CUG三、地质环境的基本特征三、地质环境的基本特征u 地质环境以系统的方式存在地质环境以系统的方式存在系统系统：是指由相互联系、相互作用的若干要素构成的具有：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。统一功能的整体。什么是系统？l 由多个要素组成；由多个要素组成；l 要

15、素间相互作用、相互联系；要素间相互作用、相互联系；l 构成一个统一的整体；构成一个统一的整体；l 具有一定的具有一定的功能功能；l 系统也是一种思维方式和处理问题的技巧。系统也是一种思维方式和处理问题的技巧。中国地质大学环境学院 School of Environmental Studies-CUG三、地质环境的基本特征三、地质环境的基本特征u 地质环境是开放系统地质环境是开放系统 孤立系统孤立系统 封闭系统封闭系统 开放系统开放系统系统环境物质 能量物质 能量物质能量中国地质大学环境学院 School of Environmental Studies-CUG三、地质环境的基本特征三、地质环境

16、的基本特征u 地质环境系统是有层次的地质环境系统是有层次的层级理论层级理论：系统不存在绝对的部分（子系统）和绝对的整系统不存在绝对的部分（子系统）和绝对的整体，通常可以按不同的时空尺度或功能分解为相对离体，通常可以按不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。散的多个部分（子系统）或等级层次。 随着空间和时间的改变，系统的结构、特征和功能也发生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。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

17、。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。构、功能和演化进行分解和预测。中国地质大学环境学院 School of Environmental Studies-CUG三、地质环境的基本特征三、地质环境的基本特征u 地质环境是不断演化的地质环境是不断演化的 世界上任何事物都有其发生、发展和消亡的过程。世界上任何事物都有其发生、发展和消亡的过程。 地质学中，造山运动、海陆变迁、生物大爆发和大地质学中，造山运动、海陆变迁、生物大爆发和大灭绝事件等。灭绝事件等。 演化不等于变化演化不等于变化l

18、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；l 地球演化相对地质环境演化历史长；地球演化相对地质环境演化历史长；l 局域地质环境系统具有明显的演化特征。局域地质环境系统具有明显的演化特征。中国地质大学环境学院 School of Environmental Studies-CUG三、地质环境的基本特征三、地质环境的基本特征u 地质环境具有自然和社会的双重属性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地质环境的自然属性自然地质作用自然地质作用内动力地质作用内动力地质作用外动力地质作用外动力地质作用从远古至今，自然地质

19、作用从不停息，无论有没有人类从远古至今，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，影响着地质环境的结构和的活动，它都会持续地进行下去，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。功能，使地质环境具有鲜明的自然属性。 中国地质大学环境学院 School of Environmental Studies-CUG三、地质环境的基本特征三、地质环境的基本特征u 地质环境具有自然和社会的双重属性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人为地质作用：人通过工程活动，对地面以下地球四大

20、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。布格局的干扰，主要是对岩、土、地下水天然时空结构的改造。 古：天人合一；古：天人合一； 今：人定胜天？今：人定胜天？ 人类干扰方式所遵从的不是自然规律，更多的是社会规律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（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。会学、经济学基础。 为了防治地质环境问题，也需要注意其社会属性。为了防治地质环境问题，也需要注意其社会属性。中国地质大学环境学院 School of Environmental Studie

21、s-CUG四、地质环境系统的组成要素、结构和功能四、地质环境系统的组成要素、结构和功能u 地质环境系统的组成要素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、岩石圈相互叠置地质环境系统：大气圈、水圈、生物圈、岩石圈相互叠置的地球浅表。的地球浅表。空气、水、生物、岩石和土壤构成基本要素。他们并非孤空气、水、生物、岩石和土壤构成基本要素。他们并非孤立的，但物质存在形式、运动规律不同，各有特点。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；例如：进行水岩作用的数值模拟； 地下水污染研究；地下水污染研究； 生态学研究。生态学研究。中国地质大学环境学院 Scho

22、ol of Environmental Studies-CUGu 地质环境系统的结构地质环境系统的结构定义：定义：地质环境系统内部物质能量的分布格局、组织形式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、相互联系的方以及组成要素（部分）之间相互作用、相互联系的方式与秩序。式与秩序。系统的结构具四维性质，包括系统的结构具四维性质，包括空间结构空间结构和和时间结构时间结构。四、地质环境系统的组成要素、结构和功能四、地质环境系统的组成要素、结构和功能中国地质大学环境学院 School of Environmental Studies-CUGu 地质环境系统的空间结构地

23、质环境系统的空间结构地质背景子系统地质背景子系统地质环境系统地质环境系统硬结构硬结构软结构软结构人工子系统人工子系统硬结构硬结构软结构软结构地质背景子系统地质背景子系统硬结构硬结构软结构软结构硬结构硬结构软结构软结构四、地质环境系统的组成要素、结构和功能四、地质环境系统的组成要素、结构和功能中国地质大学环境学院 School of Environmental Studies-CUGu 地质环境系统的时间结构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程中的关联方式和变化规律 。硬结构：地层沉积

24、韵律的变化，岩土体变形的时间过程硬结构：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软结构：各种物理场的动态变化四、地质环境系统的组成要素、结构和功能四、地质环境系统的组成要素、结构和功能中国地质大学环境学院 School of Environmental Studies-CUGu 对地质环境时空结构的理解对地质环境时空结构的理解 地质环境系统分析的关键就是结构分析。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。决地质环境问题的基础。 结构变化是地质环境

25、系统演化的内在根据，也是系统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。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有着紧密的时地质环境的地质背景和人工子系统之间有着紧密的时空关联。空关联。四、地质环境系统的组成要素、结构和功能四、地质环境系统的组成要素、结构和功能中国地质大学环境学院 School of Environmental Studies-CUG四、地质环境系统的组成要素、结构和功能四、地质环境系统的组成要素、结构和功能u 地质环境系统的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定义：地质环境系统与外部环境相互联系和作

26、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、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。（信息交换的秩序、功效和能力的描述。（无好坏之分无好坏之分）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。能够体现。如：地质环境系统的自净功能；如：地质环境系统的自净功能； 地下水系统的供水功能；地下水系统的供水功能； 地震、水土流失、泥石流、滑坡等。地震、水土流失、泥石流、滑坡等。中国地质大学环境学院 School of Environmental Studies-CUG四、地质环

27、境系统的组成要素、结构和功能四、地质环境系统的组成要素、结构和功能u 相关的启示相关的启示1 1、结构决定功能结构决定功能 功能的发挥受系统内部结构的制约功能的发挥受系统内部结构的制约2 2、异构同功异构同功，同一功能可以通过不同的系统结构去实现。，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现同一目标可以通过不同的途径去实现”。3 3、同构异功同构异功 适应不同的环境条件，同一结构能发挥多种功能。适应不同的环境条件，同一结构能发挥多种功能。4 4、结构与功能协同演化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，又是结构系统功能的发挥，既是结构稳定的条

28、件，又是结构变化的前提。变化的前提。中国地质大学环境学院 School of Environmental Studies-CUG四、地质环境系统的组成要素、结构和功能四、地质环境系统的组成要素、结构和功能u 系统的结构与功能之间关系系统的结构与功能之间关系1 1、地质环境问题分析的一般思路地质环境问题分析的一般思路现象现象机制机制原因原因功能失调、功能失调、功能障碍功能障碍结构分析结构分析环境输入环境输入功能变化功能变化因此：因此：结构变化结构变化输入变化输入变化结构变化结构变化输入变化输入变化功能变化功能变化结构变化结构变化输入变化输入变化结构决定功能结构决定功能结构与功能协同演化结构与功能

29、协同演化中国地质大学环境学院 School of Environmental Studies-CUG四、地质环境系统的组成要素、结构和功能四、地质环境系统的组成要素、结构和功能u 系统的结构与功能之间关系系统的结构与功能之间关系2 2、地质环境问题治理的两个基本原则地质环境问题治理的两个基本原则功能功能结构结构输入输入因此：因此：结构调整结构调整输入调整输入调整系统结构的调整（人工直接干预结构）系统结构的调整（人工直接干预结构）输入方式的调整（人类自律）输入方式的调整（人类自律）中国地质大学环境学院 School of Environmental Studies-CUG四、地质环境系统的组成要

30、素、结构和功能四、地质环境系统的组成要素、结构和功能u 系统的结构与功能之间关系系统的结构与功能之间关系3 3、系统结构调整方案的优化系统结构调整方案的优化 异构同功异构同功切记切记：不同的结构可以实现同一功能，应寻求设计一些简单、：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。且有后遗症的方案。4 4、多功能的统筹管理多功能的统筹管理 同构异功同构异功 常常只注意一种功能，却忽略了其他功能的发挥。常常只注意一种功能，却忽略了其他功能的发挥。中国地质大学环境学院 School

31、 of Environmental Studies-CUGu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？矿山地质环境系统结构？空间：空间：地质背景子系统地质背景子系统地形地貌、地层岩性、矿产、地形地貌、地层岩性、矿产、矿区水文、地质构造等。矿区水文、地质构造等。 人工子系统人工子系统采矿设备、矿区建筑、采矿方法、采矿设备、矿区建筑、采矿方法、工序等。工序等。时间：时间：不同时间的地质背景和人工活动。通常采矿结束后，不同时间的地质背景和人工活动。通常采矿结束后，矿山地质环境仍然不断演化矿山地质环境仍然不断演化中国地质大学环境学

32、院 School of Environmental Studies-CUGu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矿山地质环境系统功能u 采矿、矿物输出、视觉环境变化采矿、矿物输出、视觉环境变化u 降雨、矿区排水降雨、矿区排水当功能失调障碍时，引发矿山地质环境问题。当功能失调障碍时，引发矿山地质环境问题。u 如何避免矿山地质环境问题？如何避免矿山地质环境问题？u 如何治理？如何治理？中国地质大学环境学院 School of Environmental Studies-CUGu矿山地质环境系统结构和功能四、地质环

33、境系统的组成要素、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：避免矿山地质环境问题需回答：u 矿山适宜开发的程度如何？矿山适宜开发的程度如何？u 开发后造成的危害程度多大？开发后造成的危害程度多大？u 怎样合理地开发？怎样合理地开发？u 怎样进行地质环境保护？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，并认真执行编制矿山地质环境保护与恢复方案，并认真执行中国地质大学环境学院 School of Environmental Studies-CUG当矿山地质环境问题发生时，分析和治理需要明确：当矿山地质环境问题发生时，分析和治理需要明确：u 存在哪些地质环

34、境问题？存在哪些地质环境问题？u 各问题形成的机制和相关性？各问题形成的机制和相关性？u 哪些环境输入对地质环境问题影响较大？哪些环境输入对地质环境问题影响较大？u 通过什么途径进行治理？通过什么途径进行治理？u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、结构和功能四、地质环境系统的组成要素、结构和功能中国地质大学环境学院 School of Environmental Studies-CUG矿区呈南北走向，总面积0.74km2。矿区内包含两个露天开采点和中间连接段的农田破坏区，可将矿区分为3个区。 区全景、区全景广西某露采磷矿矿山四、地质环境系统的组成要素、结构和功能四、地质环境系统的组成要素、结构和功能中国地质大学环境学院 School of Environmental Studies-CUG四、