[科普中国]-地质环境

地质环境简介

由岩石、浮土、水和大气这些地球物质组成的体系；有人认为地质环境只由岩石及其风化产物──浮土两个组成部分。人类和其他生物依赖地质环境而生存和发展，同时人类和其他生物的活动又不断地改变着地质环境的化学成分和结构特征。

地质环境：自然环境的一种，指由岩石圈、水圈和大气圈组成的环境系统。在长期的地质历史演化的过程中，岩石圈和水圈之间、岩石圈和大气圈之间、大气圈和水圈之间进行物质迁移和能量转换，组成了一个相对平衡的开放系统。人类和其他生物依赖地质环境生存发展，同时，人类和其他生物又不断改变着地质环境。

地质环境的组成组成地质环境是地球演化的产物。亿万年来，岩石圈和水圈之间，岩石圈和大气圈之间，大气圈和水圈之间，通过物质交换和能量流动建立了地球化学物质的相对平衡关系。人类所处的地质环境是在最近一次造山运动和最近一次冰期后形成的。2

岩石圈也称地壳，是地球表面的固体部分。最大厚度为65公里以上,最小厚度为5～8公里,平均厚度30公里左右。人们能直接观察和接触到的只是地壳外层很浅的一部分。最深的矿井仅深入地下3公里左右,最深的钻井也不过 8公里。可是有的地表物质可能来自地下几十公里乃至几百公里。地表的火成岩，就是地球内部的物质通过火山活动和造山运动形成的。地壳表面为基岩或浮土。基岩是露在地表或位于浮土之下的坚硬岩石，浮土是包括土壤和岩石碎屑组成的松散覆盖层。浮土的厚度一般只有几十米，有的地方达几公里。浮土有的是由基岩风化就地生成，有的是异地风化产物经搬运沉积而成的。浮土在生物的、化学的和物理的作用下，经过一系列的变化，形成能使植物扎根生长的土壤。

岩石分为火成岩、沉积岩和变质岩三大类。火成岩是由岩浆或熔融状的成岩物质经过冷却和结晶生成的。火成岩类岩石包括超基性岩、基性岩、中性岩、酸性岩。基性岩中的玄武岩、酸性岩中的花岗岩是地壳表面分布最广的岩石。沉积岩是由地表上的岩石、矿物和生物残体经过风化、剥蚀、搬运、沉积，最后经过成岩作用而形成的。砂岩、砾岩、页岩、碳酸岩等是常见的沉积岩类岩石。变质岩是由原先存在的岩石经热力、压力和化学性质活泼的溶液的作用，在固体状态下发生变质而形成的。变质岩常见的有片岩、片麻岩、板岩、大理岩等。通过对各种岩石的化学成分的分析，在岩石圈外层16公里厚的岩带中，据估计氧、硅、铝、铁、钙、钠、钾、镁等 8种元素占这个岩带重量的98%以上。岩石圈内物质的分布是不均匀的，因而不同的地球化学环境产生不同的生态系统。在不同地区不同的岩石中蕴藏着不同的矿产。

现代板块学说将地壳结构分为六大板块，即太平洋板块、欧亚板块、印度洋板块、非洲板块、美洲板块和南极洲板块。地球内部的应力作用使板块发生运动，从而使地质环境发生一系列变化。如板块的相互挤压造成巨大的山脉，两个板块的同时下沉造成海底深渊。地质构造运动引起岩层的断裂、褶皱、隆起和凹陷，而形成高山和峡谷。构造运动和侵蚀作用的结果形成了地貌的基本格局。构造运动还造成火山喷发和地震等自然灾害。3

水圈由地壳表面的液态水层组成，大约是在30亿年前形成的。水圈主要是海洋,约占地球表面积的70.8%，大陆上的河流和湖泊只占地球表面水域很小一部分。海洋的平均深度约为3.8公里,最深达11公里。海水总体积约为13.7亿立方公里,总质量约为1.41×10吨。地球上水的分布极不均匀。海水约占97.2%,陆地淡水不足3%，可供人类直接利用的淡水就更少了。在太阳能的作用下，通过蒸发、降水、径流，不断地进行着水循环。水是天然的溶剂，地质环境中不存在纯水。水化学特征随地质条件而异，并对人类产生重要影响。

大气圈地球表面的气体圈层。地球大气分布在从地表至2000公里的空间，在2000公里以上，大气极为稀薄,没有明显的上限。地球大气的质量为5×10吨,约占地球质量的百万分之一。按大气温度随高度的变化，大气圈可分为对流层、平流层、中间层和热层。对流层是指对流运动显著、靠近地表的底层大气。其厚度因纬度和季节而异。对流层与地表的关系极为密切，对人和其他生物的生存有重大影响。干洁空气的化学组成为恒定成分，主要是氮和氧两种气体，按体积计约占大气总体积的98%以上，其次为氩、二氧化碳、氖、氦等。空气中的杂质为可变成分,仅存在于低层大气中,有水、甲烷、一氧化碳、二氧化硫、氧化亚氮、氡、一氧化氮，除水外，其他成分极微。

内部联系以岩石(以及浮土)为基础，包括水、大气在内的地质环境是一个有机系统，各个组成部分之间存在着能量流动和物质交换的密切联系。这种联系表现：①大气和水成因于岩石圈：现代大气是经过原始大气、还原大气和氧化大气三个演化阶段形成的。地球形成初期的原始大气已逃逸殆尽。后来地球由于内部放射性元素的衰变和所谓的引力致热而处于熔融状态，因而从地球内部逸出气体。由于地球引力，这些逸出的气体渐渐积蓄在地球周围形成以二氧化碳、一氧化碳、甲烷和氨为主要成分的还原大气。在地球的熔化－冷却的演化过程中，地球内部的水分以蒸汽的形式逸出，冷凝成水，逐渐形成水圈。太阳辐射使水缓慢地分解，绿色植物出现后进行光合作用,渐渐产生了氧气,原来的还原大气逐步演化成现代的以氮、氧为主的氧化大气。②水和大气对岩石圈的作用：水和大气直接参与地球表面外形细部的塑造和地表物质再分配的地质作用，对地球环境的演化有重大的影响。岩石的风化和剥蚀，风化产物的搬运和沉积，都同水流和风力有密切关系。不同类型的岩石处在水、气、热差异很大的环境中，形成了不同的地貌格局和不同的地球化学环境，从而又出现了不同的生态系统。人们看到的山地和丘陵是经过风化、剥蚀的地貌；河谷和平原是经过水流切割、沉积物的堆积而形成的地貌;沙漠是干旱和风蚀的结果;花岗岩广泛分布的地区则是低山、丘陵的地貌。碳酸盐广泛分布的地区形成奇峰怪石的岩溶地貌。坚硬耐风化的石英岩、砂岩分布的地区常常出现崇山峻岭。在湿润的热带和亚热带，风化淋蚀作用强烈，岩石被风化后，可溶性盐类大量流失，往往形成缺钙而富铁铝的红壤，在半干旱半湿润的温带则形成富钙缺铁的黄土。

地质环境同人类和其他生物的关系主要表现：①地质环境是生物的栖息场所和活动空间，为生物提供水分、空气和营养元素。地质环境的区域差异，导致生物向不同方向进化。生物是地质环境的产物，但又改变地质环境，例如土壤是植物和地质环境相互作用下形成的。生命在长期演化中,同环境愈来愈适应,因此生物体的物质组成及其含量同地壳的元素丰度之间有明显的相关关系。英国地球化学家E.哈密尔顿等人通过对人体脏器样品的分析发现，除原生质中主要组分（碳、氢、氧、氮）和岩石中的主要组分（硅）外，人体组织（特别是血液）中的元素平均含量和地壳中这些元素的平均含量具有明显的相关性（见图）。这说明人体是地壳物质演化的产物。②地质环境向人类提供矿产和能源。人类每年从地层中开采的矿石达4立方公里,从中提取金属和非金属物质。人类还从煤、石油、天然气、水力、风力、地热以及放射性物质中获得能源。矿产资源是经过漫长的地质时代形成的，属于不可更新资源,经人类开发利用后,很难恢复，因此矿产资源的合理开发和有节制地使用是非常重要的。③人类对地质环境的影响随着技术水平的提高而愈来愈大，例如采掘矿产,修建水库,开凿运河都直接改变地质、地貌；大规模毁坏森林草原，导致水土流失，土地沙漠化；矿物燃料的大量燃烧，增加大气层二氧化碳含量，造成全球气候异常;人类向地质环境排放大量工业废弃物,造成对有机体有害的化学元素如汞、铅、镉等在地表的浓度增高。

地质环境信息化建设2011年编制了《全国地质环境信息化建设总体方案》和《国家节点地质环境信息化建设实施方案》，全面启动了国家级地质环境信息化建设工作。2013年，国家级地质环境信息化建设基本完成，编制了《国家级地质环境信息化建设成果推广应用方案》，并已经在重庆、甘肃、四川、云南、贵州、河南、湖北7个省开展了推广应用工作。十五、十一五期间，国土资源地政“一张图”、矿政“一张图”基本建成，而地质环境“一张图”由于涉及面广、信息分散等原因，进展缓慢。但是，通过国土资源大调查项目的开展，积累了地质环境数据；同时通过地质环境监测示范区建设和预警预报工作的开展，初步搭建了地质环境信息化网络环境，为地质环境信息化工作奠定了基础。

在实际应用中，国家级地质环境业务部门主要应用ArcGIS软件和MapGIS软件，实现对原始数据的分析、加工、处理和出图工作；而在省级地质环境业务部门，主要应用MapGIS软件完成数据的生产和专题图件、成果图件的制作工作，同时也利用MapGIS做一些数据中心与共享服务的建设。

重要经济区和城市群地质环境调查信息平台系列软件是遵循《重要经济区和城市群地质环境调查数据库建设指南》的要求，在新一代面向网络超大型分布式地理信息系统基础平台MapGIS K9基础上，针对重要经济区和城市群地质环境调查工作实际需要开发的一套大型网络化城市数字地质集成信息系统，可实现研究区域内综合地学数据的录入编辑、高效存储管理、查询统计、专业分析应用、三维地质建模、三维可视化展示及三维分析。该系统由数据录入子系统、空间数据库建设与辅助编图子系统、数据管理与维护子系统、三维建模工具子系统、三维可视化信息服务子系统等五部分组成，适用于各基层单位进行重要经济区和城市群地质环境调查工作的数据库建设、数据处理、三维地质建模、三维可视化展示分析。