[科普中国]-环境地质学

简介

环境地质学是研究人类活动和地质环境相互作用的学科，它是地质学的一个分支，也是环境地学的组成部分。环境地质学的研究内容包括自然和人为引起的环境地质问题，但也有人从狭义的地质环境概念出发，把问题局限于岩石圈。1972年中国开始探讨环境地质学的范畴、理论和方法，组建研究机构，到70年代中期，发展成为一门较系统的新学科。2

研究领域随着自然科学和生产力和高速发展，人类与所生存的自然环境即地质环境的矛盾进一步激化，特别是20世纪50年代以来，全球性的环境地质问题日趋尖锐，水资源短缺、水质恶化、地面沉降、岩溶塌陷、海水入浸、滑坡、沙漠化以及多发性地方病等，说明地质环境对人类所产生的巨大影响，人类对地质环境的认识与研究推向了一个新的高度，那就是既要研究地质环境对人的影响，也要研究人对地质环境的作用，也就是特别强调了人与地质环境的关系，新的学科--环境地质学由此诞生了。

环境地质学具有广泛的研究领域，它包括这样一些研究内容：

①区域地质环境为区域规划、经济发展、国土整治及资源开发等提供科学依据。如中国地质灾害分布图。

②地质灾害问题为预报地质灾害提供依据，为减免灾害提出防范措施。

③化学环境对人类的影响研究不同地区地球化学背景，各种元素丰度及其分布特点；研究空气、水体、土壤和矿物原料中有益、有害元素及致病物质富集、迁移规律；研究地质环境与人畜健康关系，防治某些地方病和职业病，最大限度地减轻由于某些元素的天然富集或短缺对人畜健康和植物生长带来的不良影响。一些城市饮用水水质恶化问题也是当前亟需研究的问题。

④古气候的变化规律主要利用地质环境中沉积物反映气候变化的标志，研究地质历史时期特别是第四纪以来气候变化的情况、原因和规律，预测今后气候变化趋势可能产生的危害和提出防范措施。

⑤工程建设可能引起的问题大量的工程活动，如城市建设、水利工程、道路建设、矿山、海港工程、电站建设等常常引起人为地质作用，在兴利的同时往往造成地质环境的破坏，引起环境恶化。对人为地质作用及其地质环境可能产生的影响做出评价和预测，为区域经济建设规划和大型工程设计提出科学论证。

⑥自然资源开发中的问题水资源、能源和矿产资源的开发可以造福人民，但同时又往往引起地质环境的改变，甚至导致人为的地质灾害。地下水过量开采常常引起地面沉降，在沿海地区常常导致海水入侵和土地盐碱化；矿山开采往往引起地面塌陷、山崩和人工滑坡；某些矿产，特别是放射性矿产的勘探和开采往往引起环境污染。环境地质工作就是要在自然资源的开发过程中详细研究导致环境恶化原因，提出防止减轻地质环境恶化的措施。

研究历史20世纪50年代以来，由于工业污染成为严重的环境问题，影响到人类健康和生态平衡。因而大批地质学家投入了环境问题的研究。世界一些国家纷纷建立环境地质研究机构，出版书刊。从学科的发展来看，到70年代中期，环境地质学已发展成为一门比较完整、独立的新学科。

最早的环境问题人类历史上最早出现的环境问题，如火山爆发、地震、山崩、泥石流等都是地质因素引起的。对于这些环境问题，人类至今还无法控制和准确预测，因此预测和防治地质因素造成的环境影响 ，是环境地质学研究的内容之一。 地壳表面的化学元素，在成岩作用和风化侵蚀过程中形成了不均匀分布。生态系统中循环的物质和流动的能量都同地质环境有密切关系。地质体系中化学元素的丰度和赋有状态必然影响动、植物和人类的生存与发展 。

一个地区某种元素严重不足或过剩，就有可能引起地方病。如某些地区由于缺碘或多碘引起居民患地方性甲状腺肿大，高氟地区引起地方性氟中毒。中国的克山病和大骨节病也与环境地质条件有关。研究地质环境与人类健康的关系，也是环境地质学的内容之一。

产业革命之后的环境问题人类赖以生存的地质环境是经过亿万年演化而形成的。在这一环境中，地质体系的各部分之间、地质体系与生态系统之间已形成一种动态平衡的关系。

产业革命以来，特别是第二次世界大战以后，由于人口剧增，科学技术迅猛发展，人类活动已变成干预和改变自然体系的强大营力。环境地质学的一个重要任务就是研究人类活动所引起的环境地质问题，这其中主要包括：

化学污染引起的环境地质问题

现代工业和农业的飞跃发展，废弃物的排放和农药化肥的施用，把大量有害化学物质散布到地质环境中，逐渐改变地球表面的化学组成，生态平衡的物质基础便遭到破坏。这一方面直接危害人类的生存和健康，如出现公害病；另一方面还引起自然环境不可逆转的变化，如大气中二氧化碳浓度的增高，臭氧层被破坏等问题。污染物在地质环境中的迁移、转化、积累、净化的过程，十分复杂，研究这种过程是环境地质学的基本任务之一。

工程建设引起的环境地质问题

大型工程和资源开发引起的环境地质问题：大型工程建设和资源开发活动，使地貌不断发生变化，如大矿坑出现，山头被削平，废石堆积如山，水系改变， 海岸线被侵蚀等。这样就留下一些难以处置的环境问题，如露天矿开采后的生态恢复问题，河流大坝和水库建成后的综合性生态影响问题等。预防工程建设对环境的不良影响，也是环境地质学的基本任务。

城市化引起的环境地质问题

城市化引起的环境地质问题：由于人口的高度集中，能源和材料的大量消耗，废弃物的大量排放，大型和高层楼房的建设而引起的城市环境地质问题有：水资源(特别是地下水)的勘探、开发、利用和保护的问题，地下水硬度升高的防治问题，地质环境的容量问题地面沉降的防治问题，同城市工程建设有关的工程地质问题等。这些问题都同城市建设和发展、同城市人民的生活息息相关。也是环境地质学的研究内容。研究这些问题可为新城市的合理规划和旧城市的改造提供科学依据。

研究方法

环境地质学是在地质科学、社会科学、环境科学和现代科学技术基础上发展起来的一门新兴的交叉学科，研究内容包括由水圈、大气圈、生物圈、岩石圈相互交汇的自然地球系统，又包括人类活动与自然系统的相互作用及其发展、演变过程。环境地质学研究所遵循的原则上与上述学科密切相关，概括起来体现在研究对象的区域性、研究思路的系统性、研究方法的综合性与多样性、研究成果的实用性等方面。环境地质学的研究方法必须与上述特点和环境地质学研究内容相适应。

自然历史分析法这是传统地质学的基本研究方法，也适用于环境地质研究。环境地质学所研究的对象，即人类——地质环境体系是在自然地质过程中形成的，而且随着所处条件的变化，还在不断地变化演变着。通过已有环境地质问题的形成条件、机制和环境地质作用的研究，类比预测未来可能产生的变化和问题，是人类能动调控人类——地质环境体系和保护改善地质环境的前提条件。因此，“由已知推未知”的自然历史分析法是环境地质必须遵循的基本研究思路。

地球化学法通过化学物质在环境中的迁移转化规律的研究以及对矿物组成和结构特征的研究，探索地质环境的变化，如水土流失现象与风化过程相关，而风化速率又同组成岩石的矿物性质和外部水热条件有关，通过对矿物成分和物理化学性质的测定和研究，可以评价风化作用的进程。又如克山病、氯中毒等疾病的地区分布与某些环境地质因素有关。研究这种特定区域地质环境中化学元素的丰度及其在各个生态环境中的运动规律，有利于揭示人体健康与地质环境间的内在联系。

系统分析方法环境地质学的研究对象是具有复杂圈层结构、层次分明的人——地环境系统，涉及自然地球系统和人类社会经济活动等诸多方面因素。在确定各种环境要素之间的关系，综合分析影响地质环境质量的地球动力和人类活动之间的相互作用的基础上，必须应用现代数学原理和计算方法，包括灰色系统分析方法，线性或非线性系统分析方法、耗散结构论、分线性动力学等理论，系统揭示环境污染、土地荒漠化、地震与火山活动、崩塌与滑坡等环境地质问题的发生过程、机制和规律；重点剖析大气圈、水圈、岩石圈和生物圈的相互作用以及人类活动对全球环境和生态系统的影响，建立表达人——地环境系统相互作用的动态模型，为生态破化、环境污染和地质灾害等环境地质问题的预防和治理提供有效的优化方案。

环境地质制图方法地质环境问题具有空间性、动态性和综合性。分析和表示环境地质问题，图上作业是一种有效的方法。环境地质图不仅能表示出某一时刻的环境状态，而且能表示出随时间流逝所发生的系统变化。因此在环境地质图中，除了应用各种地质图件的颜色和线条等制图语言外，还要有数字和数学符号。这些数字和数学符号同一定的环境数学模式相关联，因而可使图件与电子计算机联用，形成动态环境地质图。一套完整的区域环境地质图包括环境地质单要素图、环境质量综合评价图、环境演化势图趋、环境区划图、环境规划图等。

模型模拟与预测方法在环境地质调查、资料收集和分析测试基础上进行的研究方法。模型方法是对环境系统的结构、功能和演化特征进行模拟和仿真，主要有结构模型、评价模型、仿真模型和预测模型等。

环境地质研究还需从时间、空间和强度上对环境地质问题的演化做出预测，减轻或避免因环境地质问题而引发的灾难和损失。预测方法主要立足于以下三个方面：以监测为主要手段的预测预报研究；基于成因机理的预测预报研究；数学模型模拟预测研究。预测模型、数值模拟预测模型和系统预测模型。目前，基于非线性动力学理论的突变论、混沌、分形和耗散结构论等建立起来的灾害预报模型已得到广发应用。

环境地质评价方法通过揭示环境地质问题的发生和发展规律，评价其危险性及其对人类造成的破坏损失，分析人类社会在现有经济技术条件下防灾减灾的能力，运用经济学原理评价灾害防止和污染治理的经济投入及其环境效益、经济效益和社会效益，评价方法主要有模糊聚类法、模糊综合判别及系统分析法等。评价内容包括强度评价、危险性评价、破坏损失评价、社会经济易损性评价和防治工程评价等。

现代科学技术方法现代及未来环境地质学研究，更普遍采用的方法和技术手段是观测和探测技术、测试与分析技术、模型与实验技术和资料信息的计算与处理技术。卫星遥感、全球数字地震台网、全球定位系统、地理信息系统、甚长基线干涉测量技术、环境同位素技术以及物理、化学、生物的分析测量方法等高新技术和手段为环境地质学从宏观到微观、从定性到定量、从浅部到深部、从地球到宇宙空间的全方位多层次的研究提供了广阔的前景。3