环境地质学的基本理论问题.ppt
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1、第二章 环境地质学的基本理论,主要内容,1,2,环境地质作用,3,4,中国地质环境问题综述,地质环境的内涵与地质灾害,环境与地质环境,一、环境与地质环境,(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,在辞源对环境有两种解释,其一是环绕所在之区域也,即环境作堡岩,选精甲外捍而耕稼其中;其二是人身围之事物今亦称之为环境。,一、环境的概念,从哲学角度来看,环境是指事物之间的特定关系,而不是事物本身,是相对于某个中心事物而言的,即围绕某个中心事物的外部空间,条件和状况,构成该中心事物的环境。,生态学:研究生物与环境的关系,其环境是以动植物和微生物为主的
2、生态环境。地理学:研究人类社会与环境的关系,其环境是以人类社会为主体。,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。,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。,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。主要指人类的生存环境,
3、是人类赖以生存和发展的物质条件。,狭义环境的概念,二、地质环境,地质环境是人类环境中极为重要的组成部分,岩石圈及其表层风化产物,包括地球岩石圈和表层风化层两部分地质体的组成、结构和各类地质作用与现象。,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。,(一)地质环境的内涵:“地质环境”:岩石圈及其表层风化产物。地质环境是有空间概念的客观实体,基本要素:物质组成 地质结构 动力作用,地质环境的内涵与基本特征,通过以航空、航天平台为载体的遥感技术获取地球系统的数据与信息。,全球探测技术,二、地质环境,对 地 观 测 系
4、 统,全球气候观测系统,全球海洋观测系统,全球陆地观测系统,气象,水文,生态,海洋,地震,地 面 观 测 网,二、地质环境,遥感方法,数据采集系统,地区观 测网,地球深部探测技术,地表勘测技术,GIS,数据处理分析系统,专家系统,决策支持系统,电子地图,数据表达与可视化,虚拟现实,动态模拟,数据仓库,数据发布与访问,网络GIS,网络决策系统,地球信息的采集、处理和应用已构成完整的系统 正在向数字地球方向发展,电子地图,虚拟现实,动态模拟,电子地图,虚拟现实,二、地质环境,地质环境的上限位置:岩石圈的表面 地质环境的下限位置:决定于人类社会的技术发展水平,以及进入岩石圈内部的工业活动深度。,1、
5、建立全球地质环境系统的需要2、下界面不完全一致3、地表以下平均10km处。,关于全球地质环境系统的下界:,二、地质环境,人类从事各种活动的空间;地质理论较详尽,大部分探测手段的最大探测深度。水、土、气和生四要素作用空间;上、下地壳的分界面。,二、地质环境,局域地质环境系统,空间范围 时间范围,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。,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。,二、地质环境,为什么要考虑地质环境系统时空
6、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。,地质环境的性质,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。,什么是系统?,由多个要素组成;要素间相互作用、相互联系;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。,地质环境的性质,地质环境是开放系统,孤立系统 封闭系统 开放系统,地质环境的性质,地质环境系统是有层次的,层级理论:系统不存在绝对的部分(子系统)和绝对的整体,通常可以按不同的时空尺度或功能分解为相对离散
7、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。,地质环境的性质,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。地质学中,造山运动、海陆变迁、生物大爆发和大灭绝事件等。演化不等于变化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。,地质环境的性质,地质环境具有自然和社会的双重属性,地质环
8、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,地质环境的性质,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。天人合一;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(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。为了防治地质环境问题,也需要注意其社会属性。,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、岩石圈相互叠置的地球浅表。空气、水、生物、岩石和土壤构成基本要素。他们
9、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;生态学研究。,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。系统的结构具四维性质,包括空间结构和时间结构。,地质环境系统的组成要素、结构和功能,地质环境系统的空间结构,地质背景子系统,地质环境系统,人工子系统,地质背景子系统,地质环境系统的组成要素、结构和功能,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。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
10、种物理场的动态变化,地质环境系统的组成要素、结构和功能,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。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。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有着紧密的时空关联。,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、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
11、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。,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,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、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。,3
12、、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。,矿山地质环境系统,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。通常采矿结束后,矿山地质环境仍然不断演化,矿山地质环境系统结构和功能,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?,矿山地质环境系统结构和功能,地质环境系
13、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,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,地质环境系统的组成要素、结构和功能,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,地质环境系统
14、的组成要素、结构和功能,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,地质环境系统的组成要素、结构和功能,总面积约为0.365km2,主要表现为三方面。,土地和地貌景观破坏,地质环境系统的组成要素、结构和功能,矿山地质环境问题形成机制结构分析,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,矿山地质环境问题治理方案,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
15、布形式、岩体性质、结构加固、改造地貌景观、恢复土地功能。改变输入:减少降雨入渗坡体、阻止泥石流流入农田、阻止人进入。,削坡挡墙坡面平整,矿山地质环境问题治理措施,地表排水农田恢复基础设施维修,(1)按地质作用类型分类原生地质环境问题:由自然地质作用直接引起的,不利于人的地质现象和地质过程 次生地质环境问题:一是人类活动导致或诱发的;二是由其它地质或非地质作用派生的不利于人的地质现象和过程(2)按地质作用的驱动力来源分类内动力地质和外动力地质作用引发的地质环境问题。(2)按地质过程的动力学形式分类突发的和渐进的地质环境问题。,地质环境问题的分类,(二)地质灾害的概念,灾害的内涵,1984年联合国
16、减灾组织(UNDRO)“一次在时间和空间上较为集中的事故,事故发生期间当地的人类群体及其财产遭到严重的威胁并造成巨大损失,以致家庭结构和社会结构也受到不可忽视的影响。”,1、灾害就其本意是指后果,而不是现象本身。2、灾害是指其后果对人是不可接受或不可忍受(危害性最高的等级)的,即造成人员伤亡的事物。3、灾害具有突发性和能量集中的特点。,(二)地质灾害的概念,地质灾害的概念 地球科学大辞典“以地质动力活动或地质环境异常变化为主要成因的自然灾害。在地球内动力、外动力或人为地质动力作用下,地球发生异常能量释放、物质运动、岩土体变形位移以及环境异常变化等,危害人类生命财产、生活与经济活动或破坏人类赖以
17、生存与发展的资源、环境的现象或过程。地质灾害种类繁多、对其范围还没形成统一的认识。”,地质灾害的概念 可对人的生命财产构成严重危害后果的突发性的地质现象及地质过程。,与灾害的定义具有相同的内涵:强调结果;强调发生的过程;强调自身的属性。,(二)地质灾害的概念,(二)地质灾害的概念,地质环境问题与地质灾害的区分的必要性,地质环境问题内涵多、地质灾害内涵小,前者包含后者。(地质环境问题包含了地质灾害和非地质灾害即渐进性的地质环境问题),渐变性地质环境问题和突发性地质灾害研究的理论体系不同;,渐变性地质环境问题和突发性地质灾害社会管理及风险防范措施不同。,地质灾害:是地质环境系统突变所造成的,又称突
18、发性的地质环境问题。,渐进性的地质环境问题:地质环境系统以渐进方式失稳而伴生的地质现象和地质过程,其后果往往是累进性的,较轻微的财产或经济损失。,地质环境问题,(三)地质环境问题的环境地质学分类,(四)地质灾害与渐进性地质环境问题的联系,在同一地区地质灾害和渐进性地质环境问题可以同时发生,除地震之外,一般来说,地质灾害包括崩塌、滑坡、泥石流及专属的地质灾害,它们大多呈个体的形态发育,往往不具面状的特点,所以,常用“灾害点”来表述。如果研究对象超出“点”的规模,是一个面积较大的地质环境系统,当它失稳时,就有可能因结构的异质性和局部输入的差异,导致某些地段发生地质灾害,其它地段可能只发育渐进性地质
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