环境地质学的基本理论问题.pptx
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1、主要内容主要内容12环境地质作用环境地质作用环境地质作用环境地质作用34中国地质环境问题综述中国地质环境问题综述中国地质环境问题综述中国地质环境问题综述地质环境的内涵与地质灾害地质环境的内涵与地质灾害地质环境的内涵与地质灾害地质环境的内涵与地质灾害环境与地质环境环境与地质环境一、环境与地质环境一、环境与地质环境(一)环境的概念(一)环境的概念(二)地质环境的概念(二)地质环境的概念(三)地质环境的基本特性(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(四)地质环境系统的组成要素及结构F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
2、事物今亦称之为环境。一、环境的概念一、环境的概念F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生态环境是以动植物和微生物为主的生态环境。环境。地理学:研究人类社会与环境的关系,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。其环境是以人类社会为主体。一、环境的概念一、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环境是指系统以外的事物,也就是说环境总是相对于某个
3、某个中心事物或研究主体中心事物或研究主体而言的。而言的。系统环境环境系统u 广义环境的概念(系统科学中环境的概念)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。环境不是研究的主体,但与研究主体不可分。滑滑坡坡地地下下水水系系统统与与环环境境;斜斜坡坡地地下下水水系系统统与与环环境境;流流域域地地下下水水系系统统与与环环境境。一、环境的概念一、环境的概念为什么要明确环境的概念?l将复杂的事物、问题简化;将复杂的事物、问题简化;l明确研究某一事物和问题的主体;明确研究某一事物和问题的主体;l选择与研究主
4、体相关的环境要素。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。主要指自然因素及社会因素的总和。主要指人类的生存环境人类的生存环境,是人,是人类赖以生存和发展的物质条件。类赖以生存和发展的物质条件。u狭义环境的概念狭义环境的概念二、地质环境二、地质环境 地质环境是人类环境中极为重要的组成部分,地质环境是人类环境中极为重要的组成部分,岩石圈及岩石圈及其表层风化产物其表层风化产物,包括地球岩石圈和表层风化层两部分地质,包括地球岩石圈和表层风化层两部分地质体的组成、结构和各类体的组成、结构和
5、各类地质作用地质作用与现象。与现象。u地质环境的定义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:一)地质环境的内涵:“地质环境地质环境”:岩石圈及其表层风化产物。:岩石圈及其表层风化产物。地质环境是有地质环境是有空间概念空间概念的客观实体,的客观实体,基本要素:基本要素:l 物质组成物质组成l 地质结构地质结构l 动力作用动力作用地质环境的内涵与基本特征地质环境的内涵与基本特征信息与知识信息与知识 用户用户通过以航空、航天平台为通过以航空、航天平台为载体的遥感技术获取地球载体的遥感技术获取地
6、球系统的数据与信息。系统的数据与信息。全球探测技术全球探测技术二、地质环境二、地质环境 对对 地地 观观 测测 系系 统统全球气候全球气候观测系统观测系统全球海洋全球海洋观测系统观测系统全球陆地全球陆地观测系统观测系统气象气象水文水文生态生态海洋海洋地震地震 地地 面面 观观 测测 网网二、地质环境二、地质环境遥感方法遥感方法 数据采集系统数据采集系统 地区观地区观 测网测网 地球深部地球深部探测技术探测技术 地表勘测地表勘测技术技术GIS数据处理数据处理分析系统分析系统专家系统专家系统决策支决策支持系统持系统 电子地图电子地图数据表达数据表达与可视化与可视化虚拟现实虚拟现实动态模拟动态模拟
7、数据仓库数据仓库 数据发布数据发布与访问与访问 网络网络GIS网络决网络决策系统策系统地球信息的采集、处理和应用已构成完整的系统地球信息的采集、处理和应用已构成完整的系统 正在向正在向数字地球数字地球方向发展方向发展 电子地图电子地图虚拟现实虚拟现实动态模拟动态模拟 电子地图电子地图虚拟现实虚拟现实二、地质环境二、地质环境 地质环境的上限位置:地质环境的上限位置:岩石圈的表面岩石圈的表面 地质环境的下限位置:决定于人类社会的技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术发展水平,以及进入岩石圈内部的工业活动深度。动深度。1、建立全球地质环境系统的需要、建立全球
8、地质环境系统的需要2、下界面不完全一致、下界面不完全一致3、地表以下平均、地表以下平均10km处。处。关于全球地质环境系统的下界:关于全球地质环境系统的下界:二、地质环境二、地质环境l人类从事各种活动的空间;人类从事各种活动的空间;l地地质质理理论论较较详详尽尽,大大部部分分探探测测手手段段的最大探测深度。的最大探测深度。l水、土、气和生四要素作用空间;水、土、气和生四要素作用空间;l上、下地壳的分界面。上、下地壳的分界面。二、地质环境二、地质环境u局域地质环境系统局域地质环境系统l 空间范围l 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,由于研究对象因目的和任务而变,空间范围也
9、随之而变,可以由一个场地到几万平方公里。(水平和垂向)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。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。几十上百年。地下水污染、地面沉降;水土流失、荒漠化;泥石流、地下水污染、地面沉降;水土流失、荒漠化;泥石流、滑坡等。滑坡等。二、地质环境二、地质环境l 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!正确分析和解决问题的前提!l建立地质环境系统的基础。l解决地质环境问题的前提。l是
10、分析问题方法,如:时间换空间、空间换时间等。l判断结果可靠性的依据。地质环境的性质地质环境的性质u地质环境以系统的方式存在地质环境以系统的方式存在系统系统: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。统一功能的整体。什么是系统?l 由多个要素组成;由多个要素组成;l 要素间相互作用、相互联系;要素间相互作用、相互联系;l 构成一个统一的整体;构成一个统一的整体;l 具有一定的功能;具有一定的功能;l 系统也是一种思维方式和处理问题的技巧。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的性质u地质环境是开放系统地质环境是开
11、放系统 孤立系统孤立系统 封闭系统封闭系统 开放系统开放系统系统环境物质 能量物质 能量物质能量地质环境的性质地质环境的性质u地质环境系统是有层次的地质环境系统是有层次的层级理论层级理论:系统不存在绝对的部分(子系统)和绝对的整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。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。变化,从而表现出不同的等级关系。系统在不
12、同的层次上表现出不同的行为特征,遵循的规律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。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。构、功能和演化进行分解和预测。地质环境的性质地质环境的性质u地质环境是不断演化的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。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、生物大爆发和大灭地质学中,造山运动、海陆变迁、生物大爆发和大灭绝事件等。绝事件等。演化不等于变化演化不等于变化l地质环境背
13、景是地质环境的基本组成,地质环境演化的主要依据;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;l地球演化相对地质环境演化历史长;地球演化相对地质环境演化历史长;l局域地质环境系统具有明显的演化特征。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的性质u地质环境具有自然和社会的双重属性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地质环境的自然属性自然地质作用自然地质作用内动力地质作用内动力地质作用外动力地质作用外动力地质作用地质环境的性质地质环境的性质u地质环境具有自然和社会的双重属性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地质环境的社会属性人为地质作用:
14、人通过工程活动,对地面以下地球四大要素自然分人为地质作用: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。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;天人合一;人定胜天?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(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。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。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
15、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u地质环境系统的组成要素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。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。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;例如:进行水岩作用的数值模拟;地下水污染研究;地下水污染研究;生态学研究。生态学研究。u地质环境系统的结构地质环境系统的结构定义:定义:地质环境系统内部物
16、质能量的分布格局、组织形式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、相互联系的方式以及组成要素(部分)之间相互作用、相互联系的方式与秩序。与秩序。系统的结构具四维性质,包括空间结构和时间结构。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组成要素、结构和功能u地质环境系统的空间结构地质环境系统的空间结构地质背景子系统地质背景子系统地质环境系统地质环境系统人工子系统人工子系统地质背景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组成要素、结构和功能u地质环境系统的时间结构地质环境系统的时间结
17、构定义:系统组成要素(部分)的状态、相互关系在时间流定义: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软结构:各种物理场的动态变化地质环境系统的组成要素、结构和功能地质环境系统的组成要素、结构和功能u对地质环境时空结构的理解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。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,解是认识地质环境系统的手段,探索系统演化规律的线索,解
18、决地质环境问题的基础。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。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。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u地质环境系统的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
19、行物质能量、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)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。能够体现。如:地质环境系统的自净功能;如:地质环境系统的自净功能;地下水系统的供水功能;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、结构和功能地质环境系统的组成要素、结构和功能u系统的结构与功能之间关系系统的结构与功能之间关系1 1、地质环境问题分析的一般思路、
20、地质环境问题分析的一般思路现象现象机制机制原因原因功能失调、功能失调、功能障碍功能障碍结构分析结构分析环境输入环境输入功能变化功能变化因此:因此:结构变化结构变化输入变化输入变化结构变化结构变化输入变化输入变化功能变化功能变化结构变化结构变化输入变化输入变化结构决定功能结构决定功能结构与功能协同演化结构与功能协同演化地质环境系统的组成要素、结构和功能地质环境系统的组成要素、结构和功能u系统的结构与功能之间关系系统的结构与功能之间关系2 2、系统结构调整方案的优化系统结构调整方案的优化 异构同功异构同功切记切记:不同的结构可以实现同一功能,应寻求设计一些简单、:不同的结构可以实现同一功能,应寻求
21、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。且有后遗症的方案。3 3、多功能的统筹管理多功能的统筹管理 同构异功同构异功 常常只注意一种功能,却忽略了其他功能的发挥。常常只注意一种功能,却忽略了其他功能的发挥。u矿山地质环境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组成要素、结构和功能矿山地质环境系统结构?矿山地质环境系统结构?空空间间:地地质质背背景景子子系系统统地形地貌、地层岩性、矿产、矿区水文、地质构造等。地形地貌、地层岩性、矿产、矿区水文、地质构造等。人人工工子子系系统统采矿设备、矿区建筑
22、、采矿方法、工序等。采矿设备、矿区建筑、采矿方法、工序等。时时间间:不不同同时时间间的的地地质质背背景景和和人人工工活活动动。通通常常采采矿矿结结束束后后,矿山地质环境仍然不断演化,矿山地质环境仍然不断演化u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矿山地质环境系统功能u 采矿、矿物输出、视觉环境变化采矿、矿物输出、视觉环境变化u 降雨、矿区排水降雨、矿区排水当功能失调障碍时,引发矿山地质环境问题。当功能失调障碍时,引发矿山地质环境问题。u如何避免矿山地质环境问题?如何避免矿山地质环境问题?u如何治理?如何治理?u矿山地质
23、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:避免矿山地质环境问题需回答:u矿山适宜开发的程度如何?矿山适宜开发的程度如何?u开发后造成的危害程度多大?开发后造成的危害程度多大?u怎样合理地开发?怎样合理地开发?u怎样进行地质环境保护?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:当矿山地质环境问题发生时,分析和治理需要明确:u存在哪些地质环境问题?存在哪些地质环境问题?u各问题形成的机制和相关性?各问题形成的机制和相关性
24、?u哪些环境输入对地质环境问题影响较大?哪些环境输入对地质环境问题影响较大?u通过什么途径进行治理?通过什么途径进行治理?u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l地质灾害:不稳定边坡、泥石流;地
25、质灾害:不稳定边坡、泥石流;l资源损毁:土地资源占用和破坏、地形地貌破坏;资源损毁:土地资源占用和破坏、地形地貌破坏;l环境污染:水体污染;环境污染:水体污染;l其他:基础设施破坏。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、结构和功能地质环境系统的组成要素、结构和功能u坡体内部应力的重分布坡体内部应力的重分布u岩土体破坏岩土体破坏u水化学成分变化
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