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问题,地质环境的内涵与基本特征（掌握）环境地质作用（理解）环境地质学理论研究的几个前沿问题（了解）,2.1 地质环境的内涵与基本特征,一、地质环境的内涵 地质环境系指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。三种基本要素：物质组成、地质结构和动力作用。,环境地质学第二章 环境地质学的基本理论问题,2.1地质环境的内涵与基本特征,一、地质环境的内涵 地质环境的范围：上限：地表或岩石圈的表层 下限：一类是人类的科学技术水平和生产活动的能力所达到的地壳深部；另一类是达到与区域地壳稳定程度有关的地壳深度甚至地幔。,环境地

2、质学第二章 环境地质学的基本理论问题,2.1地质环境的内涵与基本特征,地质作用：地质环境与大气圈、水圈和生物圈及宇宙环境间的物质交换和能量流动；人类活动对地质环境的影响 人类活动的方式以及地质环境的反馈作用共同构成了环境地质学的重要理论与实践基础。,环境地质学第二章 环境地质学的基本理论问题,二、地质环境的基本特征（容量、质量、相容性和反馈作用）（一）地质环境的容量 概念：即某个特定地质空间可能承受人类社会经济发展的最大潜能。评价：可用特定地质空间可能提供人类利用的地质资源量和对人类排放的有害废物的容纳能力来评价。,2.1 地质环境的内涵与基本特征,环境地质学第二章 环境地质学的基本理论问题,

3、2.1 地质环境的内涵与基本特征,地质资源，是指地质环境系统内可供人类利用的一切物质。矿物资源能源资源；建筑材料资源；土地资源；地下水资源；地质景观资源；地质空间资源等。地质环境对人类排放的有害废弃物的容纳能力，取决于地下水、土壤和岩石对污染物的净化能力。,环境地质学第二章 环境地质学的基本理论问题,（二）地质环境的质量 地质环境的质量，在一定程度上由地球物理因素和地球化学因素决定。主要由以下五个方面的条件决定：,2.1 地质环境的内涵与基本特征,环境地质学第二章 环境地质学的基本理论问题,2.1 地质环境的内涵与基本特征,1.自然地质条件的稳定性 决定地质环境质量的主要因素，其中最重要的有：

4、地质构造的稳定性、地形稳定性、地基稳定性、岩层性质以及地质灾害发育情况。原生地球化学背景（健康影响）环境的地球化学背景值是地质环境质量的一个重要标志 地质资源的丰富程度（财富）抗人类活动干扰的能力 受污染或受破坏的程度（质量现状）,环境地质学第二章 环境地质学的基本理论问题,环境地质学第二章 环境地质学的基本理论问题,地质环境的整体质量取决于各组成要素的质量。但在评价地质环境质量的优劣时，除考虑各要素的平均状况外，还应找出质量最差的要素，并作出评价。因为，人类活动常常使环境质量最差的因素首先受到影响，从而引起地质环境的变异。最差（小）限制率：整体环境的质量，不能由环境诸要素的平均状态决定，而是

5、受环境诸要素中那个与最优状态差距最大的要素所控制。,2.1 地质环境的内涵与基本特征,（三）地质环境的相容性是指地质环境对人类施加的某种干扰的适应性。地质环境具有自身特征和功能的地质空间对人类活动的干扰有两种不同的反应趋势 良性反应：如盐碱地的治理 恶性反应：西北黄土高原的水土流失，不毛之地,2.1 地质环境的内涵与基本特征,环境地质学第二章 环境地质学的基本理论问题,（四）地质环境的反馈作用 地质环境的反馈作用，即地质环境受人类活动干扰后对这种干扰做出某种反应的作用。表现形式：隐蔽形式；显露形式 研究地质环境的反馈作用，是准确预测环境变化的基础，是环境地质学的核心问题。,2.1 地质环境的内

6、涵与基本特征,环境地质学第二章 环境地质学的基本理论问题,2.2 环境地质作用,环境地质作用主要指人类与地质环境间的相互作用，各种自然地质作用、自然地质现象对人类的作用，即自然地质作用；人类活动对地质环境的作用与反作用，即人为地质作用及上述地质环境的反馈作用。,环境地质学第二章 环境地质学的基本理论问题,2.2环境地质作用,一、自然地质作用（动力地质学原理）自然地质作用是地质动力引起的内动力地质作用和外动力地质作用，推动着地壳的运动和发展。内动力地质作用：由内能引起整个岩石圈物质成分、内部构造、地表形态发生变化的作用。包括构造运动、地震作用、岩浆和变质作用。,环境地质学第二章 环境地质学的基本

7、理论问题,2.2环境地质作用,一、自然地质作用 外动力地质作用：主要由外能引起地表形态和物质成分变化的地质作用。包括风化作用、剥蚀作用、搬运作用、沉积作用、负荷地质作用和硬结成岩作用。两种基本地质作用控制和改变着地球表面的结构扣形态。,环境地质学第二章 环境地质学的基本理论问题,二、人为地质作用（人类活动）人为地质作用是环境地质学的重要研究内容。当前条件下，人为地质作用的表现形式主要有以下几个方面：人为剥蚀地质作用；人为搬运地质作；人为堆积地质作用；人为塑造地形作用；人为活动的其它地质作用。,2.2环境地质作用,环境地质学第二章 环境地质学的基本理论问题,北京首云铁矿,2005年5月17日平煤

8、四矿矸石山自燃崩塌,九寨沟,杭州地铁地面塌陷,2.2 环境地质作用,三、人地关系与可持续发展人类一经出现，就与地球环境发生了关系,即“人地关系”。人地关系：即人类与环境的关系二者是密切有对立的关系：人类是环境的产物，环境为人类的生存和发展提供了必要的条件；同时人类又是环境的塑造者和破坏者。,环境地质学第二章 环境地质学的基本理论问题,2.2 环境地质作用,（一）人地关系“危机”人类通过对自然的依赖与开发，人地关系得以萌生，人地矛盾也同步形成。在“人定胜天”和“人类主宰自然”的狂热思想和不惜代价地向自然开战的行为，使人与环境的矛盾日益升级，人地关系产生危机，“环境与发展”问题激化和突出起来，并成

9、为人类社会持续可发展的主要阻滞力量，威胁到了人类自身的安危和盛衰。,环境地质学第二章 环境地质学的基本理论问题,（一）人地关系“危机”1.人地关系危机的实质人类活动与地球环境是构成人地复合系统的对立因子，它们相互依存和制约决定着系统的运行过程和演进方向。人类和自然各有其独特的、自我支配的客观规律，它们的存在方式与运动形式无时无地不在影响着对方。任何一方的不正常“扰动”和非弹性“越轨”都会影响人地复合结构的进化与功能的良性发挥，最终影响系统组织和自身发展，甚至导致衰退这是人地关系危机的根本原因,环境地质学第二章 环境地质学的基本理论问题,长期以来，人类活动的方向、方式、速率、强度和规模与自然系统

10、的运行规律和演化趋势严重悖离，超越了地球环境的“生态阈值”，使人与自然间相互作用的依存关系转变成了对抗性的矛盾关系。人地关系危机的实质在于人类与地球环境之间的矛盾对立，即人类的社会意识、文化价值观念、发展战略和经济活动与生存环境的潜在利用方向、可承载能力之间的巨大差异和全面失衡。,环境地质学第二章 环境地质学的基本理论问题,三、人地关系与可持续发展 2.人地关系”危机”的表现形式 人类对环境的影响基本上表现在两个方面：一是对环境施加积极的建设性影响，提高环境质量，创造新的更适合于人类生活的人工生态系统；二是消极的破坏性影响，造成环境的污染和资源的破坏。,环境地质学第二章 环境地质学的基本理论问

11、题,2.2 环境地质作用,人地关系危机表现形式：地球表层环境变迁对人类的影响：地质灾害地质资源短缺对人类社会经济可持续发展的制约作用；人类经济活动诱发或加剧地质灾害；人类活动的副产品（人工废弃物）对地球环境的污染。,环境地质学第二章 环境地质学的基本理论问题,（二）人地关系的协调人地系统主从律 即人首先是地球环境演化的产物，人地之间存在客观的主从关系。人地系统反馈律 即人对地的能动作用，总会伴随地对人的反作用的规律。人地关系递进律 即人类社会越是发展，对地球环境的控制能力越强、客观依赖性越高的规律。人地适应律 即人类社会发展的条件必须合乎地球体系；功能释放物质转换与能量传递的自然规律，必须合乎

12、地球资源和自然环境的合理更新与维持条件。,环境地质学第二章 环境地质学的基本理论问题,2.2 环境地质作用,要达到人-地关系的协调：培养全球性、长远性和差异性的环境意识 培养广义性、有限性和稀缺性的资源意识 培养遵从循环原则、平衡原则和共生原则的生态意识,2.2 环境地质作用,环境地质学第二章 环境地质学的基本理论问题,（三）可持续发展的人地观持续发展的提出是人类“环境哲学”的重大进步。本世纪50年代以前，人们总是自觉或不自觉地认为，地球向人类社会提供自然资源和环境空间的能力是无限的。60年代以来，人们开始意识到地球自然资源和环境空间是一种稀缺资源,（三）可持续发展的人地观 1987年联合国环

13、境与发展委员会发表我们共同的未来，标志可持续发展的人地观产生。1992年6月3号在巴西里约热内卢召开联合国环境与发展大会，会议通过里约环境与发展宣言和21世纪议程两个纲领性文件以及关于森林问题的原则声明，签署了气候变化框架公约和生物多样性公约，充分体现了人类社会可持续发展的新思想。,可持续发展的定义“既满足当代人的需要，又不对后代人满足其需要的能力构成危害的发展。”其基本含义是指在不损害后代满足其需要的前提下，追求一种最大限度地满足当代人们生产、生活需要的发展模式。,环境地质学第二章 环境地质学的基本理论问题,发展的持续性包括生态、经济、社会三个方面。生态持续性：是指维持健康的自然过程，保护生

14、态系统的生产力和功能，维护自然资源基础和环境。经济持续性指保证稳定的增长，尤其是迅速提高发展中国家的人均收入，同时用经济手段管理资源与环境，使经济发展和环境保护协调起来；社会持续性指长期满足社会的基本需要，保证资源与收入的公平（包括代间与代内）分配。持续发展在本质上就是优化人地关系和人与人的关系,环境地质学第二章 环境地质学的基本理论问题,区域可持续发展是指区域的经济、社会、环境和资源的相互协调，即在经济发展过程中要兼顾局部利益与全局利益、眼前利益和长远利益；要充分考虑到自然资源的长期供给能力和生态环境的长期承受能力，既要满足当代人的现实需要，又要足以支撑或有利于后代人的潜在需要。全球可持续发

15、展则是满足全球需要的世界发展。可持续发展在本质上就是优化人地关系和人与人的关系。,地质环境的内涵与基本特征环境地质作用环境地质学理论研究的几个前沿问题,第二章 环境地质学的基本理论问题,全球变化问题地球各圈层的相互作用问题陆地水圈演化与地下水渗流理论生态环境地址问题医学环境地质问题地质灾害防治地质环境工程地球表层系统非线性演化问题环境地质质量评价与区划环境地质信息系统建设,2.3 环境地质学理论研究的几个前沿问题,一、全球变化问题 全球变化观点是20世纪80年代中期产生的地球科学研究的新思维。全球变化是指由于自然和人为因素造成的全球性的环境变化，主要包括气候变化、大气组成变化（如CO2浓度及其

16、它温室气体的变化），以及由于人口、经济、技术和社会的压力引起土地利用的变化三个方面。如温室效应和全球增暖、臭氧层破坏、森林锐减和物种灭绝、土地退化和淡水资源短缺等等。全球变化的主要原因是人类活动强度和广度在地球系统中的迅速扩大及其对地球各圈层正常秩序的严重干扰。,环境地质学第二章 环境地质学的基本理论问题,国际科联（ICSU）国际地圈生物圈计划(International Geosphere-Biosphere Program，IGBP)即全球变化研究。目的在于对未来几十年至百年的自然和人为的全球环境变化进行预测。它主要研究和了解地球系统中生物、物理和化学的过程，以及地球系统各圈层间的相互作用

17、过程，强调地球系统整体行为对环境的影响，强调人与环境的相互作用。全球变化研究是为解决全球环境问题提出的一项战略性计划，也是环境地质学理论研究的一个重要的前沿课题。,环境地质学第二章 环境地质学的基本理论问题,目前，全球变化研究主要是由四个相互独立、相互依存的国际科学研究计划组成：以研究气候系统中物理问题为主的世界气候研究计划(WCRP)，以研究地球系统中生物地球化学循环及过程为主的国际地圈生物圈计划(IGBP)，以研究全球环境变化的人类因素为主的全球环境变化的人类因素计划(IHDP)和生物多样性科学国际计划(DIVERSITAS)。,环境地质学第二章 环境地质学的基本理论问题,二、地球各圈层的

18、相互作用问题 地球系统是有多个圈层有机结合而成的具有特定结构和功能的有机整体，大气圈、水圈、岩石圈和生物圈既相互联系，又相互作用。以研究地球系统的整体行为为对象，注重地球各圈层界面特征的研究，从总体上了解人类赖以生存的地球系统的变化规律和原因，并预测其变化趋势是当今科学的前沿领域，也是环境地质学研究的主要目标。,环境地质学第二章 环境地质学的基本理论问题,三、陆地水圈演化与地下水渗流理论 开展陆地水圈的形成条件、演化规律及其在人类活动影响下的变化趋势研究；开展地下水渗流理论、弥散理论以及各种地质过程中水岩相互作用的研究；开展海平面上升预测及其对沿海地区地质环境的影响、全球性气候变化对水资源的影

19、响、大流域地下水资源可再生性与跨流域调水、水资源短缺与供需矛盾及其出路的研究。,环境地质学第二章 环境地质学的基本理论问题,四、生态环境地质问题 生态环境地质是研究以人类为主体的生物与地质环境之间关系的科学。如荒漠化、水土流失、水土资源开发利用引起的环境恶化等既是环境地质问题，也是生态环境问题。,环境地质学第二章 环境地质学的基本理论问题,五、医学环境地质问题生命元素在岩石-土壤-地下水-作物-人体系统中的赋存状态和不同介质的地球化学行为及其环境地质效应；地下水环境背景值的区域规律及其对农作物与人体健康的关系；陆地表层的地球化学环境与人类健康和地方病的关系；农业优质高产与土壤环境以及生态系统中

20、生命部分和非生命部分（地质环境）相互作用的研究等是环境水文地质学研究的重要内容。,环境地质学第二章 环境地质学的基本理论问题,六、地质灾害防治 地质灾害是地球表层系统演化过程中发生的渐进性或突变性的灾害，如地震、火山喷发、崩塌、滑坡、泥石流、地面沉降、土地荒漠化、矿山瓦斯爆炸等。准确预报地质灾害发生的时间和空间位置还存在很大困难，治理地质灾害的方法还有待突破 运用先进的理论方法与科学技术，开展地质灾害发生机制、分布规律、趋势预测以及综合防治研究 是环境地质学的重要课题之一。,环境地质学第二章 环境地质学的基本理论问题,七、地质环境工程 地质环境工程是环境地质学知识为基础，利用综合的工程技术手段

21、，治理和预防环境恶化，达到人与自然的持续协调发展。治理环境地质问题的工程具有复杂性、综合性、广泛性的特点。如荒漠化的防治工程、地质灾害的减灾防灾工程、复杂地基的处理技术、污水净化处理工程、海水入侵防治工程等,环境地质学第二章 环境地质学的基本理论问题,八、地球表层系统非线性演化问题 地球表层系统是由五个圈层组成，包括三个无机圈层及生物圈与智慧圈。它们之间存在着相互作用、相互影响的非线性关系。地球表层系统处于不断变化中，是具有耗散结构特征（1）系统必须是开放的，（2）系统必须处于远离平衡态，（3）系统内部存在非线性的相互作用，（4）涨落导致有序）的开放系统。地球表层系统的演化有着明显的阶段性，特

22、别是环境中的随机事件，在系统演化的相对不稳定阶段其着重要作用。以动态观点，应用复杂巨系统理论和非线性动力学理论与方法来探索地球表层系统演化的特点、预报环境演化趋势是环境地质学理论研究的前沿课题之一。,环境地质学第二章 环境地质学的基本理论问题,九、环境地质质量评价与区划 开展地质环境质量综合评价的基本理论与评价方法研究，建立地质环境质量评价综合指标体系，对特定流域或大型工程活动影响区的地质环境质量进行区划研究并编制相关图件，为土地利用、灾害防治和污染防治提供科学依据。十、环境地质信息系统建设环境地质研究的基本思路是通过调查、观测和监测采集数据，在成因机制、分布规律分析判断的基础上，建立地质概念

23、模型和数值模型，然后利用各种数据进行验证、判断模型并预报未来的趋势。,环境地质学第二章 环境地质学的基本理论问题,数据信息采集、流功、处理、加工、分析的每一环节都与信息系统密不可分。建立全国性或特定范闹内的环境地质信息系统已成为环境地质研究的热点和发展趋势：环境地质情息系统建设的目标是，以地理信息系统(GIS)为平台，结合全球卫星定位系统(GPS)、遥感(Rs)、网络技术(web)和专家决策支持系统(EDSS)建立集信息采集、存储、管理、检索、分析评价、预测和制图于一体的决策支持系统，实现基于网络GIS的多源信息的综合利用、环境地质问题动念分析与评价、数值模拟计算的三维空间分析、环境地质专题图件的数字化编图和绘制。,