地质环境与人类关系.doc

国土资源部地质环境司 姜建军 地质环境是指存在于生物体周围能对其产生影响的各种要素与条件的总和。我国环境保护法明确指出的：“所谓环境是指大气、水、土地、矿藏、森林、草原、野生动物、水生动物、名胜古迹、风景游览区、温泉疗养区、自然保护区、生活保护区等”。这里的环境是由岩石圈、生物圈、水圈、大气圈组成的一个自然生态环境体系。城市可持续发展要处理好与岩石圈、生物圈、水圈、大气圈的关系，要从自然生态环境体系考虑。 一、地质环境 地质环境指的是与人类关系最为直接最为密切的岩石圈之表层，是人类生存和城市可持续发展的基础。地质环境仅是自然环境的一部分，它是地球演化的产物，为人类和其它生物生存和发展提供了广阔的空间和丰富的资源，是人类社会和经济活动的场所；同时，人类和其他生物的活动又不断地改变着地质环境的结构特征和化学成分，因此，它又是在不断变化之中的。地质环境是地质要素和地质作用在一定关系下互相联系、相互制约的，在天然因素和人类活动影响下正在发展中的一个复合体。地质环境是一个复杂的开放系统，这个系统包括地质构造、岩矿成分、地貌形态、水文、内力和外力地质作用。 地质环境具有空间概念，它的上限是岩石圈的表层，在海洋底部、山脉、丘陵地区多由前第四纪基岩构成，在平原、盆地表面为第四纪各种松散堆积物所覆盖。岩石圈表层是人类活动和其它生物活动的最重要的场所，因此，受人类的影响也最大，在这里，各种地质作用复杂而活跃，大气、水、生物相互作用强烈，使表层的变化及对人类社会的反馈作用也最为显著，与人类的生存息息相关。地质环境的下限目前看法不一，决定于人类科学技术水平和生产活动能力所能达到的深度，当前，最深的钻井为前苏联在科拉半岛所钻，深度为12000米，对于岩石圈厚度而言也仅为皮毛而已，因为地质环境是对人地关系而言的，是人类活动可直接影响，而又能将这种影响直接反馈给人类的这部分岩石圈环境，人地之间可进行广泛的能量交换。 地质环境和大气圈、水圈、生物圈共同组成人类赖以生存的空间环境体系，这是一个相互作用、相互影响、紧密结合的开放体系，亿万年来，它们之间进行着极为频繁的物质交换和能量转换。水圈包括海洋、河流、湖泊。由于蒸发使这些水体中的水汽进入大气之中，大气遇冷使水汽凝结形成降水返回，这是众所周知的水的一种循环，在这一过程中，完成了地质环境与水圈、大气圈的物质循环。生物存在于地质环境中，二者的关系十分密切，地球上的植物和低等的海洋动物在地质历史时期形成了可燃有机岩矿藏，或者是直接由生物残骸沉积成岩，是地质环境中的组成物质之一。同时，生物风化作用又使岩石破碎，促进了土壤的形成和发育，而地球上许多地区生态环境的恶化如沙漠化、水土流失等又无不与植被覆盖度的下降、植被类型的减少有关。正是在与大气、水、生物圈的物质能量交换传递过程中，促使着地质环境发生各种有利或不利于人类的演变，并形成各种各样的原生或人为的环境地质问题。 二、城市建设要处理好人与地质环境的关系 地质环境自地球形成以来就不断处于变化之中，从太古代出现原始生命的萌芽起，直到新生代更新世早期，地质环境在不断地演变中终于迎来了人类的诞生，因此，地质环境是人类的摇监。同时，人类自诞生以来，就一直生活于地质环境之中，沿海地带、平原、河谷川道及盆地、丘陵等多种多样的地貌形态为人类和城市发展造就了广阔的活动空间。这个环境，还给城市和人类提供了丰富的赖以生存的物质资源，人类有90%以上的工业品及17%的日用消费品是用矿物原料生产出的，许多城市也因开采矿产而兴起，例如大同煤都；火山活动形成的火山灰富含各种矿物质，是良好的土壤肥料，沿火山活动带或大的活动断裂带常有矿泉和丰富的地热资源供人们沐浴、医疗，也因此兴起了黑龙江五大连池市；另外，愈来愈多的地质环境景观以其千姿百态、奇异壮观被人们重新认识，成为丰富的旅游资源。并兴起了一些城市，嵩山市、黄山市都是起代表作品。 在人与地质环境的关系中，人处于主动的地位，人的能动性一方面表现在使不利的地质环境通过改造使之向有利于人类的方向发展，例如，我国三北防护林带的建设，正在形成一幅巨大的绿色屏障，制约沙漠化的南侵以及为制止水土流失加剧而开展的水土保持防治等各种旨在保护生态环境，促进生态环境良性循环的积极措施。但是，另一方面，人类对地质环境的改造常超出了生态环境允许的程度，使地质环境恶化，最终给人类自身发展带来不利的影响，如乱垦滥伐、破坏植被引起的水土流失和沙漠化；工程开挖破坏边坡稳定性引起的块体移动；开矿、修路乱弃废渣、堵塞河道加剧了洪水灾害；城市发展过程中超采地下水引起的地面沉降和地裂缝灾害；工业废水农业化肥、生活废水对地表和地下水体的污染等。 当前，在研究人与地质环境关系中，特别需要重视对第二个方面的认识，因为，在这方面，许多人存在着很片面的观点，自认为人类是大自然的主宰者，只知道向大自然索取，不知道大自然也会进行报复，只顾自己这一代的眼前利益，全然不顾子孙后代的生存，和当前提出的可持续发展战略背道而驰。由于忽视了对地质环境的保护，使许多地区的地质环境恶化，不但加剧了各种地质灾害的发生，而且形成了众多的主要由人为因素所导致的环境地质问题。因此，在资源开发和城市可持续发展方面，保护好地质环境是人类在经济发展中面临的重要任务，这是一个贯穿于整个人类和城市发展进程中的长期工作。 三、城市建设要考虑地质环境的容量和质量 地质环境的容量是指在一个特定的地质空间，可能承受人类社会、经济、工程发展的最大潜能。它可用地质资源量和接纳人类废弃物的能力来衡量，这就是说，地质环境的容量是有限的，就目前人类认识的矿产资源而论，即使在正常的开采情况下，大多数地质资源也会逐渐枯竭，而且，在人类存在的时期内也不可能再生。 人类对地质环境的利用应当是有限度的，凡事必须符合自然客观规律，必须在地质环境容量允许的限度内从事活动。地质环境的容量应根据当地的地质环境特征和人类向地质环境索取和排弃物的类型，通过实际调查、长期监测分析，以在不造成地质环境恶化的前提下，可容许人类活动规模的量值来衡量。 地质环境的质量在一定程度上是由地球物理因素和地球化学因素决定的，同时与人类干预破坏活动的强度有关，可分为原生地质环境质量和次生地质环境质量两种，前者要求对自然状况下形成的地质环境进行评价，这是未受人类影响的地质环境的“本质”，可依此值来评价地质环境质量的恶化程度，后者是在受到人为干扰后的地质环境质量，一般说，一个地区的地质环境质量都包含了上述两层意思。因此，在评价时要强调进行综合分析，评价一个地区地质环境质量的优劣可从以下方面考虑： 1 自然地质条件的稳定性。包括区域地壳稳定性(地震、活动断裂)、岩体稳定性(岩石性质、风化程度、节理的密集程度和连通性、崩塌、滑坡)、地形稳定性(地貌类型、坡度、相对高差等)以及地质灾害的发育情况。不同的自然地理和生态环境地区其抵御自然灾害能 力是有差别的。如我国的西部地区，属活动的地槽褶皱带，地震频繁；我国的黄土高原及戈壁沙漠，都是生态环境十分薄弱的地区，因此，抵御水土流失、风沙灾害的能力很差，而即使在同一地区，对不同的地质灾害的抵御能力也是不一样的，如我国的陕北地区，地震活动性很小，地壳稳定，但水土流失灾害却十分严重。 2 人为干扰的程度。人为不良干扰程度愈强，地质环境质量就愈坏，同是水土流失严重的黄土高原，那个地区重视了水保治理，减少了人为破坏，生态平衡就能得以恢复，目前，该区出现的许多户包小流域治理的成功经验就说明了这一点，相反，不重视水土保持，只能加速水土流失的程度。再如发生于世界许多大城市的地面沉降、地裂缝灾害，许多就是由于过量开采地下水所致，一旦制止这种趋势的蔓延，则地面沉降就会有所缓和，如上海即如此。 3 原生地球化学背景值。环境要素在未受污染时，每一种化学元素都有相应的正常含量，这就是所谓的本底值，它对于人类是至关重要的，称为原生地球化学背景值，如一般土壤中，汞为0.1ppm，砷为6ppm，镉为0.06ppm，天然水中氟的本底为0.150.41毫克/升，若饮水中某种元素的含量超过或远小于本底值，均属异常，长期饮用都会对人带来不利的影响，因此，查明每个地区的环境本底值是地质环境质量评价的一个重要方面。以上各点，在评价中应综合考虑，往往寻求和提取地质环境质量最差的因素，并赋较高的权重进行评价，而这一因素也常是主要的影响因素，我国西南山地区在为城市交通选线进行的地质环境质量评价中，就优先考虑了地壳稳定性、崩滑流发育问题，这是该区存在的地质环境质量最差的因素，抓住了主要矛盾，有利于做出正确的评价，并揭示地质环境的本质问题，进行治理。 四、城市建设要正确认识地质作用对地质环境的干扰规律 地质环境是通过各种地质作用及过程而发展变化的。在漫长的地质历史时期，组成地质环境的岩石矿物、地质构造、地貌形态经历着各种复杂的变化，没有一种岩石、构造、地貌是固定不变而仍然保持其形成时的面貌。我们在野外经常看到的岩石的风化剥蚀、河流的侵蚀堆积、火山和地震等都是地质环境不断变化的佐证，是什么力量促使它们变化呢?其一是来自地球外部或表层的太阳能量系统如风力、水力、潮汐力等，其二是地球内部的能量如构造应力、岩浆热能等，这两方面的力合称为地质营力，在地质营力影响下，使地质环境不断形成和变化的各种作用通称为地质作用，如由于昼夜温差作用引起的物理风化、由于水的侵蚀搬运作用引起的河床淤积以及由于构造运动造成岩层的褶皱断裂，这都是不同的地质作用所为，分为外力地质作用和内力地质作用。现代地质环境的变化与人类的各种活动关系密切，人类活动对的南环境的影响规模在许多方面甚至超过了前两种作用，外力对一个山峰的削低和山沟的填平，可能要几十万上百万年的时间，而人类仅需实施一次定向爆破即可完成。这种地质营力虽然也属于外力地质作用的范畴，是人为地质作用。 1、外力地质作用及过程 外力地质作用由地球以外的能量引起，是大气、水和生物在太阳辐射能、重力能和日月引力能的影响下产生的地质营力对地壳表层所进行的各种地质作用，因此又称表生地质作用，具体表现为风化、剥蚀、搬运、沉积和成岩作用等，这种作用的趋势是力图降低地势的高差，即将高处的物质破坏后搬运至低处堆积，其趋势是使地形由高低起伏趋于夷平。 地壳上沉积岩的形成过程很好地体现了外力地质作用的过程，首先是先成岩的破坏阶段即物理、生物和化学风化阶段；其次是先成岩的破坏阶段剥蚀阶段； 然后是搬运和沉积阶段；最后是成岩阶段。 2、内力地质作用及过程 内力地质作用是由于地球自转、重力和放射性元素的蜕变等能量在地壳深处产生的动力对地球内部及地表的作用，又称内生地质作用。地壳的各种构造运动、地震、岩浆活动、变质作用皆属于内力地质作用。由于内力地质作用是地球本身的运动，它不依人的意志为转移，所以，人们对其所造成的地质灾害的防御能力是很弱的，特别像地震和火山爆发之类的灾害。内力地质作用和外力地质作用始终处于对立统一之中，如上游充因地壳抬升而强烈下切，侵蚀随之加强，当流经下游地壳沉降区时，则以沉积为主，黄土高原的土壤侵蚀与黄河下游的淤积就体现了这种关系。总之，内力地质作用使山地上升、平原下降，努力加大地势的高差，使地表形态和地壳结构构造复杂化；而外力地质作用则努力把高处削低，低处填高，使地表趋向夷平，正是在这种对立统一中，使我们的大地呈现出千姿百态的壮丽景观。 3、人为地质作用 人为地质作用也可以从两个方面来理解，一方面，为扼制恶劣地质环境的发展，更有效地利用地质环境，在确保地质环境质量的前提下，人类进行的各种活动和采取的措施，比如，水土保持、防风固沙林、修建防洪堤坝、水库、挡土墙等及控制废弃物乱堆放、控制超采地下水的各种工程措施，从而使地质环境在一定的范围内向着良性方向发展，这是一种正面的影响。但是，人为地质作用的负面影响也愈来愈严重，目前，人为地质作用作为一种特殊的外力地质作用对地质环境的影响，其规律和后果完全可以和自然地质作用相提并论，因此被地质界所关注。人为地质作用的负面影响方式有三种： (1) 直接参与岩石的风化及地貌形态的破坏过程。城市建设中各类工程开挖土方时，采取的爆破、削坡等工程活动使岩体松动，裂隙增多，促使物理风化作用进行，形成崩塌、泄溜，在采石场的工作面上就经常可以见到这种现象；人工开挖又可改变斜坡的形态，使斜坡有可能变陡，促使临空面怕发育，常导致滑坡产生；矿业城市开矿时的揭顶爆破，矿井采空形成地面塌陷，过量抽取地下水造成地面沉降都改变了局部地貌形态，引导起不良的环境地质问题。 (2) 叠加影响加剧不良环境地质问题的发展。水土流失本来是一个自然地质过程，其所以形成灾害，主要是人为破坏植被、乱垦滥伐导致这一过程加剧的结果；例如西安地裂缝就是在构造成因的背景上，叠加了人为超采地下水的影响，使其活动大大增强。 (3) 为解决城市用水用电问题修建大型工程建筑物引起不良环境地质问题。 如修建水库增加了水体对岩层的压力，可能改变原有的岩体与应变能的平衡，触发地震，世界上这类例子很多，我国广东的新丰江水电站建成后，就引发了许多的地震，最大的震级达6级。 五、我国城市可持续发展面临的地质环境问题 我国地域辽阔，地理、地质条件十分复杂。在地质构造上，多次遭受地壳强烈的影响，地质构造复杂，新构造活动频繁，山地高原山陵约占70%；气象条件在时间、空间上的差异很大，这样的自然条件决定了我国是一个地质环境复杂、地质灾害多发的国家之一。 1 、地质环境脆弱，地质灾害严重 我国地质灾害种类多，分布广，灾情严重，损失巨大，制约着国民经济的发展，威胁着人民的生命和财产安全。随着国土开发强度的加大，人类违背自然规律进行经济生产活动对地质环境的破坏，加剧了地质灾害的发生与发展。我国地质灾害所造成的直接经济损失约占各种自然灾害损失总和的1/4以上，每年损失超过200亿元，伤亡人数逾千人，已成为世界上受地质灾害危害最严重的国家之一。 （1）崩塌、滑坡、泥石流灾害：分布十分广泛，几乎遍布全国各省(省、区)，比较集中的地区是西南、西北地区。全国分布崩塌、滑坡、泥石流灾害点近百万处，400多个县(市)1万多个村庄受到地质灾害的威胁。如1998年汛期、全国共发生不同规模的崩塌、滑坡、泥石流等突发性地质灾害约18万处，其中规模大的475处，造成1157人死亡，1万多人受伤，毁坏房屋50多万间，仅此造成直接经济损失80多亿元。 （2）地面塌陷：有24个省(区)存在岩溶塌陷问题，主要分布于辽宁、河北、江西、湖北、湖南、四川、贵州、云南、广东、广西等省(区)。岩溶塌区有780多处，塌陷坑超过三万个，每年造成的经济损失达10亿元左右。在矿山普遍存在采空区地面塌陷问题。 （3）地裂缝：已在冀、鲁、皖、豫、陕、晋等16个省的200多个县、市发现地裂缝千处以上，总长度超过350公里。以汾渭盆地地裂缝活动最强烈，尤以西安地裂缝最典型。据1987年不完全统计，西安市因地裂缝使楼房70余楼，平房200余间，工厂车间、礼堂近40座严重受损，切断地下管道20余处，路面变形破坏近百处。每年造成的经济损失可达数亿元。 2、不合理开发利用地下水诱发出环境地质问题 我国地下水开发利用十分广泛。地下水已经成为城市和工农业用水的主要供水水源。全国约有2/3的城市以地下水作为主要供水水源、约有1/4的农田灌溉用水靠地下水源。地下水开采总量超过1000亿立方米/年，约占全国用水总量的15%20%。北方17省(区、市)地下水开发程度高，以京、津、晋、冀、鲁、豫、陕、甘、宁最高。目前，我国地下水开发利用不够合理，主要体现在部分城市和地区严重超量开采地下水，水源地分布过于集中，开采层位缺乏科学合理选择，开采制度也不够合理。由于不合理开采，尤其是超量开采，不仅直接破坏地下水资源，而且还诱发出一系列环境地质问题。 （1）地下水位持续下降，区域降落漏斗不断扩大，致使一些地区浅层地下水枯竭。如河北省和江苏省深层水开采引起的区域降落漏斗最为严重，漏斗中心水位埋深已达6090米。 （2）地面沉降：目前全国共有上海、江苏、浙江、天津、河北、陕西等16个省(区、市)的46个城市(地段)明显产生地面沉降问题。其中有上海、苏州、无锡、常州、扬州、嘉兴、湖州、北京、天津、沧州、衡水、任丘、河间、坝州、沈阳、哈尔滨、锦州、大庆、西安、太原、福州、阜阳、湛江、宁波、台北等，累计最大沉降量超过两米的有上海中心区、天津塘沽、太原吴宝堡；超过1米的有西安、无锡和台湾省的台北。仅上海市因黄浦江水上岩、洼地积涝、沿江码头受淹、桥下净空减少，为此加高黄浦江防洪墙，改造下水道、码头等，就耗资几亿元，此外，还造成建筑物下沉等。 （3） 海水入侵地下水。我国有大陆海岸线18000多公里，约有六分之一的海岸地下水受到不同程度的海水入侵，主要分布在渤海和黄海沿岸地区，包括辽宁、山东、河北、江苏、浙江、广东等省，总的入侵面积达1000平方公里。比较严重的是辽东半岛的山东半岛。 （4） 地下水位大幅度降低。由于西北干旱地区，耕种层水墒主要靠地下水维持，但由于这些地区不合理开发利用地下水，使地下水位大幅度降低，影响生态环境，使耕种层水份减少，地表土层旱化，植被枯萎死亡，草场退化，沙漠化扩大。如甘肃河西走廊石羊河流域民勤盆地最为典型。 3、 矿山地质环境形势严峻 我国目前95%的一次能源，80%的原材料，要靠开发矿产资源提供。全国国有矿山一万多座，集体、个体矿山28万多个，年矿石采掘量60多亿吨，矿产开发总规模已居世界第三位。在矿产资源大规模开发利用同时，大大改变了矿山生态系统的物质循环和能量流动方式，产生了严重的生态破坏和环境污染。据估算，全国矿山破坏土地面积157万公顷，而目前的土地复垦率仅为4%左右。由于地下采空、边坡开挖、废渣、尾矿排放、矿坑疏干排水和废水排放等矿业活动，诱发地面塌陷、岩溶塌陷、山体开裂、崩塌、滑坡、泥石流、坑道突水、瓦斯爆炸、岩爆、水土流失、水土污染、尾矿库溃坝和区域水均衡破坏等一系列环境地质问题和次生地质灾害，对矿山开发建设构成威胁。据不安全统计，仅地面塌陷、崩塌、滑坡和水土流失等次生地质灾害破坏的土地面积总计10万公顷以上，每年经济损失几十亿元。如1980年湖北远安盐池河磷矿发生崩塌，体积100万方，仅16秒钟摧毁了矿务局机关的全部建筑和坑口设施，造成284人死亡，经济损失几千万元；抚顺西露天采坑开挖深度达300米已诱发滑坡60多次给生产造成严重影响；