环境地质学 第二讲 环境与地质环境
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滑坡地下水系统与环境；
系统
环境 系统
环境
斜坡地下水系统与环境；
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
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。
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二、地质环境
80年代末提出了“全球输送带”概念，这 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 进入印度洋和太平洋，然后上翻到上层，再 返回北大西洋。
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内动力地质作用 自然地质作用 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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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
大洋环流主要由 风应力、太阳的不 均匀加热、及降水 和蒸发的不均匀分 布所驱动。大洋上 层(约1000米以上) 环流主要是风驱动， 称作风生环流；大 洋下层(约1000米 以下)主要是密度 不均匀驱动，称作 热盐环流。
二、地质环境
全球探测技术
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。
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
地质环境是开放系统
物质 能量
① 孤立系统
物质 能量
② 封闭系统
③ 开放系统
系统
环境
物质 能量
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二、地质环境
数据采集系 统 数据处理 分析系统
遥感方法 地区观 测网 地球深部 探测技术 地表勘测 技术
GIS
专家系统
决策支 持系统
数据表达 与可视化 数据发布 与访问
电子地图
虚拟现实
动态模拟
数据仓库
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
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四、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。
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。
为了防治地质环境问题，也需要注意其社会属性。
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
关于全球地质环境系统的下界：
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。
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；
Байду номын сангаас
上、下地壳的分界面。
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四、地质环境系统的组成要素、结构和功能
地质环境系统的空间结构 硬结构 软结构 地质环境系统
地质背景子系统
人工子系统
硬结构 软结构
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二、地质环境
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。 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。
地下水污染、地面沉降；水土流失、荒漠化；泥石流、
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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四、地质环境系统的组成要素、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
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。 人类世的大规模人类活动影响极大。
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二、地质环境
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
全球变化研究
20世纪80年代以来， 全球变化是全世界媒 体使用频率最高的词 汇之一。这主要是由 于科学界确认了由于 人类活动造成大气中C O2和其他稀有气体浓度 增加导致全球变暖的 事实（温室效应）？
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 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
第二讲
环境与地质环境
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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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。
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。
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
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。
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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。
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一、环境
狭义的环境包含什么？
信息与知识
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用户
二、地质环境
对
地
观
测
系
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
地
面
观
测
网
气象
中国地质大学环境学院
水文
生态
海洋
地震
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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。 地质环境系统是人工-自然 的复合系统
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。
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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
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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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。
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。
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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。
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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、岩石圈相互叠臵 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 立的，但物质存在形式、运动规律不同，各有特点。
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三、地质环境的基本特征
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。 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；
二、地质环境
地质环境的定义
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。 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。
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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
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系统
环境 系统
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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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。
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二、地质环境
80年代末提出了“全球输送带”概念，这 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 进入印度洋和太平洋，然后上翻到上层，再 返回北大西洋。
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内动力地质作用 自然地质作用 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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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
大洋环流主要由 风应力、太阳的不 均匀加热、及降水 和蒸发的不均匀分 布所驱动。大洋上 层(约1000米以上) 环流主要是风驱动， 称作风生环流；大 洋下层(约1000米 以下)主要是密度 不均匀驱动，称作 热盐环流。
二、地质环境
全球探测技术
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。
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
地质环境是开放系统
物质 能量
① 孤立系统
物质 能量
② 封闭系统
③ 开放系统
系统
环境
物质 能量
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二、地质环境
数据采集系 统 数据处理 分析系统
遥感方法 地区观 测网 地球深部 探测技术 地表勘测 技术
GIS
专家系统
决策支 持系统
数据表达 与可视化 数据发布 与访问
电子地图
虚拟现实
动态模拟
数据仓库
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
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四、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。
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。
为了防治地质环境问题，也需要注意其社会属性。
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
关于全球地质环境系统的下界：
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。
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；
Байду номын сангаас
上、下地壳的分界面。
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四、地质环境系统的组成要素、结构和功能
地质环境系统的空间结构 硬结构 软结构 地质环境系统
地质背景子系统
人工子系统
硬结构 软结构
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二、地质环境
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。 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。
地下水污染、地面沉降；水土流失、荒漠化；泥石流、
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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四、地质环境系统的组成要素、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
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。 人类世的大规模人类活动影响极大。
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二、地质环境
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
全球变化研究
20世纪80年代以来， 全球变化是全世界媒 体使用频率最高的词 汇之一。这主要是由 于科学界确认了由于 人类活动造成大气中C O2和其他稀有气体浓度 增加导致全球变暖的 事实（温室效应）？
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 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
第二讲
环境与地质环境
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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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。
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。
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
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。
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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。
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一、环境
狭义的环境包含什么？
信息与知识
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用户
二、地质环境
对
地
观
测
系
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
地
面
观
测
网
气象
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生态
海洋
地震
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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。 地质环境系统是人工-自然 的复合系统
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。
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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
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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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。
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。
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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。
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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、岩石圈相互叠臵 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 立的，但物质存在形式、运动规律不同，各有特点。
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三、地质环境的基本特征
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。 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；
二、地质环境
地质环境的定义
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。 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。
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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
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