地球科学概论-第十九章-地质学在资源与环境中的应用

第十九章地质学在资源与环境中的应用第一节矿产资源一、根本概念〔一〕矿石与矿床煤矸石山矿床是在一定地质作用下形成的；矿床必须有一定的数量和质量；矿床应当满足当前的工业要求，包括开采、冶炼和利用等方面的要求；〔二〕矿产及其分类1、金属矿产：可供工业上提炼某些金属的地下资源。按工业上的应用又可分为：黑色金属、铁〔Fe〕、锰〔Mn〕、铬〔Cr〕、钛〔Ti〕、钒〔V〕有色金属：铜〔Cu〕、铅〔Pb〕、锌〔Zn〕、铝〔Ai〕、镁〔Mg〕、钨〔W〕、锡〔Sn〕、汞〔Hg〕、锑〔Sb〕等稀有金属：钽〔Ta〕、铍〔Be〕、锂〔Li〕、铂〔Cs〕等贵金属：金〔Au〕、银〔Ag〕、铂〔Pt〕等分散元素；锗〔Ge〕、镓〔Ga〕、镉〔Cd〕等放射性金属：铀〔U〕、钍〔Th〕等3、能源矿产：石油、天然气、煤及油页岩等。二、内生矿床指在岩浆活动过程中，在一定条件下有用组分富集起来形成的矿床，绝大多数有色金属、稀有金属和局部非金属矿产来源于内生矿床。〔一〕岩浆矿床岩浆冷凝过程中由于岩浆分异作用使分散在岩浆中的有用组分聚集而成的矿床早期岩浆矿床：比主要造岩的硅酸盐矿物早结晶或同时结晶所形成的矿床主要是结晶较早的铬铁矿、铂族金属以及密度较大的铁镁硅酸盐矿物。晚期岩浆矿床：在主要造岩的硅酸盐矿物结晶后所形成的矿床局部结晶较晚的铬铁矿、铂族金属、钒钛磁铁矿、稀土元素等。熔离矿床：由于物理或化学条件的变化使得岩浆在液态状况下发生分异作用，称为熔离作用，而由于熔离作用使得有用组分从岩浆中别离并聚集起来形成的矿床称为熔离矿床以金属硫化物为主。〔二〕伟晶岩矿床在伟晶岩形成过程中由于挥发成分的影响，通过岩浆分异或气液交代作用，使得有用组分富集的矿床花岗伟晶岩是最为重要的伟晶岩矿床，常含有富含挥发组分的矿物〔萤石、电气石、黄玉、磷灰石等〕和稀有元素矿物〔如锂云母、绿柱石等〕〔三〕气化－热液矿床成矿物质在热气和热液中被搬运并充填到岩石裂隙里所形成的的矿床成矿温度不高〔50-700˚C〕、深度不大〔4、5km以上〕，受断裂构造控制；矿体充填于围岩裂隙中，形成较晚；主要石金属硫化物，少数为金属氧化物和含氧盐；接触交代矿床〔矽卡岩矿床〕：岩浆侵入体于围岩根底带上由于气水热液的交代作用形成的矿床热液矿床：理化条件的改变使得充填于围岩裂隙中的气水溶液发生沉淀而形成的充填矿床高温热液矿床：〔300-500˚C〕，以高温氧化物和含氧盐为主，常形成Wu、Sn、Mo、Bi、Be等矿床。中温热液矿床：〔200-300˚C〕，以Cu、Pb、Zn、Fe等组成的硫化物为主。低温热液矿床：〔50-200˚C〕，以硫化物为主主要是辉锑矿、辰砂、雄黄、雌黄等三、外生矿床在地表外力作用下有用元素或有用组分聚集形成的矿床。〔一〕风化矿床地壳表层岩石在风化作用过程中使某些稳定的有用组分在原地或原地附近富集起来所形成的矿床残积－坡积砂矿床剩余矿床淋积矿床〔二〕沉积矿床在地表外力作用下主要通过沉积分异作用使得有用组分富集而成的矿床机械沉积矿床化学及生物化学沉积矿床冲积砂矿床海滨砂矿床蒸发沉积矿床胶体化学沉积矿床生物及生物化学沉积矿床〔三〕可燃有机岩矿床有机成因的可以作为燃料能源的矿床，包括煤炭、石油、天然气、油页岩等煤炭油页岩石油和天然气四、变质矿床和多成因矿床〔一〕变质矿床发生在地壳内部，多数由区域变质作用所引起，由变质成矿作用使得原内生和外生矿床在地下深处受到温度、压力、气体以及热液的作用使其成分、结构发生变化而形成新的矿床。受变质矿床：指原已形成的铁矿，后又受到区域变质作用改造所形成的矿床变质重结晶矿床变质热液型矿长变成矿床：指原岩中未形成矿床，在变质作用过程中有用组分集中所形成的矿床混合岩化矿床：指原岩在变质作用后期受到区域混合岩化作用及局部深熔作用所形成的矿床〔二〕多成因矿床改造矿床叠加矿床层控矿床一、工业与民用建筑〔一〕建筑物地基的稳定性1.地层性质的影响土体的压缩模量岩石的抗压强度岩性特征风化程度水分条件第二节工程建设的地质环境2.活动断层的影响活动断层对地基和建筑物本身威胁极大，因此建筑物选址要充分考虑尽量防止跨越活动断层3.地下水位与水质的变化水位变化对地基的影响水位上升岩土的水解、软化，引起不均与沉降表土沼泽化、盐渍化、引起地基上浮，建筑物不稳水位下降水质变化对地基的影响分解性侵蚀主要是地下水对地基建材的溶解作用结晶型侵蚀主要地下水中盐分结晶对地基建材的破坏作用复合型侵蚀是上述两类综合作用的结果〔二〕建筑场地周边环境的稳定性〔三〕施工过程可能引发的破坏性地质过程崩塌、滑坡、流砂、管涌、底鼓、坍塌等〔四〕地质调查的工作重点1.底层的岩性、厚度与分布，重点是岩土力学性质的均匀程度2.场地及周边的地质条件，重点是活动构造以及边坡的稳定性3.地下水的类型、埋藏深度与含水层分布，重点是水位和水质对于岩土稳定性的影响二、水利工程〔一〕水库渗漏问题绕坝渗漏坝下渗漏库区渗漏〔二〕水库塌岸问题即水库蓄水后原库岸斜坡被破坏的过程，危机两岸建筑，在库区形成淤积〔三〕地质调查的工作重点1.调查坝址地段底层岩性的工程地质特征2.调查库区周围底层岩性的水文地质特征3.调查石灰岩区的喀斯特发育状况4.调查水库工地附近筑坝建材的质量状况三、道路工程〔一〕边坡稳定性1.岩土抗剪强度与边坡坡角2.岩体的结构面与边坡稳定性〔二〕路基的稳定性〔三〕桥梁与隧道环境、人口和资源并列为当今世界最突出和急需解决的三大难题。因此，60年代末环境地质学应运而生，成为开展最迅速的新学科。一、概述

〔一〕环境与环境地质环境指人类赖以生存的周围事物的总称。地质环境指大气圈、水圈、生物圈和人类研究可及的岩石圈的总称，又可称为自然环境。第三节环境地质学〔二〕环境地质学的研究内容环境地质学是研究人类经济活动与地质环境之间的相互作用、相互影响的学科，它利用地质学和经济学观点，阐述环境地质现象，以及地质作用对人类社会的影响，以便采用科学方法提高人类的环境质量。环境地质学人类活动造成的次生地质环境问题〔地下水污染、地面沉降、处置废物造成的环境污染等〕城市地质学灾害地质学资源地质学废弃物处置地质学医学地质学旅游地质学军事地质学环境法规环境地质学二、城市兴衰与地质环境

〔一〕城市兴衰的地质因素：水源是否充足地势资源是否充足地质灾害威胁的大小我国主要城市按其兴衰史及其与地质环境的关系，可以分为五类：地质环境稳定，城市稳定开展：苏州随地质环境的演变而迁移：西安、洛阳随地质环境的变化屡次兴衰并重建：开封、徐州因地质环境的改变而衰亡：泗州、楼兰因丰富的地质资源而诞生的城市：大庆、东营〔二〕城市规划的地质因素：岩、土体的类型水文地质条件地形及地貌条件城市地质作用〔三〕城市建设的地质因素：地基选择城市地下空间的开发利用城市地质灾害防治城市废物处置建筑材料供给三、人体健康与地质环境

〔一〕人体的元素组成：生命体不可缺少的常量元素：O、C、H、K、Na、Ca、Mg、S、P、Cl等，占人体总重量的99.95%。对于人体健康至关重要的微量元素：Mo、Fe、Cu、Zn、Mn、Co、I、V、Cr、F等，均小于人体重量的0.01%。易被人体吸收的有害元素：Cd、Hg、Pb、Ti、U、Th等，含量极低。人体元素组成与地壳岩石元素中的丰度相似，说明人体通过食物从地质环境中吸收各种元素。〔二〕微量元素的生理功能：某些微量元素协助人体运送宏量元素，如Fe。微量元素的存在对于人体酶的代谢至关重要。某些微量元素是人体激素和维生素的重要成分。微量元素直接影响人体核酸的代谢。〔三〕地方病的环境地质诱因：克山病是一种流行于荒僻的山岳、高原及草原地带的以心肌病为主的疾病。本病于１９３５年首先发现于黑龙江省克山县，故名克山病。大骨节病是一种地方病，流行于我国北方地区。最早在东北发现此病，后来又在西北地区发现。在西北地区，以骨骼关节病变为主要病症。病因主要是环境地质问题：1、土壤，主食中缺乏Se和Mo；2、饮用水含腐殖酸较高；3、区域土壤强烈淋滤；4、花岗岩、喷出岩、陆相砂岩、页岩、黄土等广泛分布区；5、两种地貌单元结合部；6、地表排水不畅甲状腺肿〔大脖子病〕是由于人体缺碘所致，主要是在一些山区和丘陵地区水土流失严重，带走了可溶性的碘。心血管病的分布受到环境水文地球化学因素制约，一般认为，引用硬度越小的水，发病率越高，饮用水的硬度取决于地表水和地下水径流流经的岩石和地层的种类。癌症的区域性很明显，一般而言经济兴旺地区发病率高，还与环境因素有关，例如岩石类型：玄武岩、安山岩区食道癌发病率高；地貌：从山区到平原食道癌发病率降低；水文地质特征：饮用水流动缓慢地区食道癌和肝癌发病率偏高。〔四〕地质药物：我国古籍中记载地质药物413种，具体包括古生物药物、矿物药物和岩石药物三类：古生物药物：哺乳动物的化石〔象、三趾马、羚羊等〕。矿物药物：朱砂、雄黄、赭石等。岩石药物：钟乳石、阳起石、海浮石等。四、废物处置的地质环境

〔一〕城市废物处置的地质环境：地下前水面至少低于填埋场地10－15m浅层潜水流动方向不至于污染附近水源尽量远离当地地下含水层地形稍高，排水条件较好附近无地下溶洞附近不存在地质灾害的危险选择不透水介质作为掩埋介质基地岩石不发育裂隙场地地下水流速小于30cm/a〔二〕放射性废物处置的地质环境：地质构造稳定，场地在废弃物处置期间不会发生地质灾害处置介质个水性好，对放射性核素具有较强吸附性和阻滞力远离城镇和人口聚居区场地地下水不丰富，流速小于1m/a处置场远离供水水源地，且无洪水威胁五、人为地质作用

〔一〕对地壳的侵蚀〔破坏〕作用人类活动已超过某些自然地质营力，成为一种特殊的、巨大的地质营力，有人称为第三地质作用。

人类的地质作用及造成的破坏分为以下几个方面：在采掘固体矿产，开采石油、天然气和地下水，建设地下工程的过程中，人类破坏了地壳的结构和构造，改变了岩石的空间分布状态、地应力状态以及地下水系，造成了以下恶果：

1.地面沉降；2.咸水入侵；〔二〕对地表的侵蚀〔改造〕作用人类为了各种需要而改变地表的形态，形成各种人为景观，如围海造田、水库、河流改道以及修建了大量的工程建筑、铁路和公路。造成了地壳应力状态、地表形态及地下水系的改变，破坏了生态平衡，使环境恶化：

1.诱发地震；2.块体运动；3.土地沙漠化；4.土壤盐碱化；5.水土流失。〔三〕废弃物的堆积〔排放〕作用大气污染带来的环境问题

臭氧层破坏问题