环境地质学总论(1)--环境与地质环境

矿山地质环境问题形成机制——结构分析
坡体内部应力的重分布 岩土体破坏 水化学成分变化
矿山地质环境问题原因——输入分析
采矿活动 降雨
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四、地质环境系统的组成要素、结构和功能
防治地质环境问题，也需要注意其社会属性—风险性。
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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、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；
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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。
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。
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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
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
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四、地质环境系统的组成要素、结构和功能
怎样理解地质环境的时空结构？
① 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。
② 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。
③ 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。
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一、环境的概念
狭义的环境包含什么？
自然环境 社会环境
某个人的个体 一个家庭或国家的群体
环境科学研究什么 ?
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
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二、地质环境
什么是地质环境？
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。
② 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。
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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，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。
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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？
狭义环境的概念
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，是 人类赖以生存和发展的物质条件。
环境地质学
Environmental Geology
总论——环境地质与地质环境
主讲教师：曾斌 zengbin_19@126.com
中国地质大学环境学院
School of Environmental Studies - CUG
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
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二、地质环境
全球地质环境系统
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。
功能
结构
输入
结构调整
输入调整
因此： 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）
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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。
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。
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四、地质环境系统的组成要素、结构和功能
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。 地质环境调查的主要内容就是查明地质环境系统的结构。
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四、地质环境系统的组成要素、结构和功能
地下水污染、地面沉降；水土流失、荒漠化；泥石流、 滑坡等。
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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。
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三、地质环境的基本特征
“太阳从东方升起”、“水往低处流”等
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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。
古：天人合一； 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 （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。
地质环境以系统的方式存在
什么是系统？
系统：是指由相互联系、相互作用的若干要素构成的具有统 一功能的整体。（整体性、相关性、层次性、发展性）
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。
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三、地质环境的基本特征
• 强调研究对象、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 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。
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二、地质环境
“地质环境”与“环境地质”的区别？
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。
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一、环境的概念
什么是环境？
广义环境的概念（系统科学中环境的概念）
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。
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。
系统
环境
环境
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。
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四、地质环境系统的组成要素、结构和功能
矿山Hale Waihona Puke Baidu质环境系统结构和功能
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？
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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和功能
地质环境系统的空间结构
地质环境系统
硬结构 地质背景子系统
软结构
人工子系统
硬结构 软结构
在局域地质环境系统中，可能某个子系统结构不明显。
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四、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：各种物理场的动态变化
① 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。 ② 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。 ③ 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。
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三、地质环境的基本特征
地质环境是不断演化的
① 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。
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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
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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
结构决定功能
结构与功能协同演化
因此： 功能变化
结构变化
输入变化
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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
地质环境是开放系统
——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。
物质 能量
① 孤立系统 ② 封闭系统 ③ 开放系统
物质 能量
系统
环境
物质 能量
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三、地质环境的基本特征
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 离散的多个部分（子系统）或等级层次
——编制矿山地质环境治理工程设计
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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
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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
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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和功能
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？
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。
地质环境可以理解为研究的对象，环境地质则是对这个对象的分析研究过程
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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。
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二、地质环境
局域地质环境系统
全球地质环境系统的一部分； 空间范围不固定，如何确定局域地质环境系统？
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。
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二、地质环境
时间范围
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。