地质环境的实体系统

地质环境系统的结构~

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称为地质环境系统的结构。地质环境系统是时间与空间的统一体，具四维的性质。为了便于分析，有时又将地质环境系统的时空结构人为地划分为空间结构和时间结构。
(1)地质环境系统的空间结构
地质环境系统按其组成可以划分为地质背景(或地质体)子系统和和人工子系统。有关它们的实体形态、组构方面的空间特征，包括组分在空间的排列和配置，都是地质环境系统空间结构的组成部分。例如，在地质背景子系统中，其基本骨架由岩石组成，岩石组成地层，地层有产状、层序;地层以单斜、褶皱的形态展布;而岩浆岩则以岩基、岩株、岩墙等形态产出;在断裂发育的地段，两盘的错动位移破坏了原地层的连续性，可呈现不同时代地层对接或叠置的关系等。这些在地质学中被称为结构或构造的地质形态，均属于地质环境系统空间结构的范畴。由于这类空间结构是在漫长的地质历史时期形成的，除非突发性的地质作用，一般在中小时间尺度上变化十分缓慢，肉眼很难识别，似乎是固化的，所以，可以把岩土体的这类内在结构形象地称为硬结构。除硬结构外，地质背景子系统内部还有水、气等流体以及能量的传递，并以物理场的方式展布，如地下水渗流场、水化学场、应力场、温度场等。这些物理场反映了该子系统内部流体物质、能量的分布格局以及从源到汇的物能交换情况，所以，也是地质背景子系统空间结构的组成部分。与硬结构相比，这些物理场对外界作用反应更敏感，易发生结构性调整，显得较“软”，所以，可将物理场形象地称为软结构。
对空间结构的软硬分类也同样适用于人工子系统的结构分析中，例如人工建造的用于地质资源开发利用的各种构筑物在空间上的分布格局，包括地面上的和地下的分布格局都可称为人工子系统的硬结构;指挥、控制人工构筑物运转发挥作用的计划、流程、法规等可视为人工子系统的软结构。
(2)地质环境系统的时间结构
时间结构是指系统组成要素(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。如物质运动过程出现的某些振荡周期，生命系统中存在的生物钟，都是物质系统的时间结构。在环境地质学中，地质环境系统各组分状态的变化、变幅以及多种周期成分叠加而成的频率都是对系统时间结构的描述。时间结构既存在于软结构中，如各种物理场的动态变化，也存在于硬结构中，如地层沉积韵律的变化、岩土体变形的时间过程的表达。
(3)地质环境系统空间结构与时间结构的关系
於崇文院士在《地质系统的复杂性》一书中明确指出:“地质作用是地球物质的运动，它既不能脱离时间，又不能超越空间。地质作用的时间演化具有一定的规律性，即‘时间结构’;地质作用的空间展布也有一定的规律性，即‘空间结构’。地质作用和时-空结构三位一体，相互耦合，不可分割……反映了地质事件的发生与运行机制及其时-空定位。地质作用与时-空结构是一切地质现象的根本原因。”“在认知科学上，一切观测活动最终回归于空间位置，并呈现为系统的结构性质。关于时间的任何一种观测最后都归结为某种空间模式的识别。”
由上述有关时-空结构关系的论述中，可以得出以下几点认识:
1)地质环境的结构分析在环境地质学中有着举足轻重的地位，它是认识地质环境系统的必要手段，探索地质环境系统演化规律的线索，更是解决和防范地质环境问题的基础。
对于熟悉水文地质和工程地质的读者来说，理解地质环境系统的结构分析并不困难。在水文地质工作中，查明研究区的水文地质条件即查明地下水的分布埋藏特征及补给、径流、排泄规律，是一项基础性的工作，也是寻找地下水、评价地下水资源、实施水资源科学管理、防范治理地下水害所必需的工作环节，这项工作完成的质量好坏，往往决定着整个工作的成败。同样，在工程地质实践中，查明工作区的地层、构造、地形、地貌、岩土体物理力学特性及其分布，地壳稳定性以及岩土与水的关系等所谓的工程地质条件，是工程场地选择、建筑物设计的重要依据。上述列举的查明地质背景的工作，其实就是从某一专业的角度对地质环境系统所进行的结构分析。
2)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。在人为活动明显的地区，结构的变化既可能首先表现为硬结构方面，如人工挖掘岩土体，也可最先表现在对软结构的冲击，如强烈抽排地下水引起渗流场的明显改观。无论人为最先改变哪一种结构，其最终都会波及另一种结构。挖掘岩土不仅仅改变着地形，还可能干扰地下水天然的补排关系和径流方向，使施工区的水文地质条件变化;强烈抽排地下水，可破坏地下水与介质之间的天然力学平衡，导致地层的压密变形。
应该指出，由于物质特性的差异，不同物质的运动过程和响应特征也会有较大区别。在常用的时间标尺下，一般软结构的变化更易被察觉，所以研究地质环境系统演化时，尤其要注意软结构的变化。
3)地质环境系统由地质背景子系统与人工子系统耦合而成，两者有着紧密的时-空关联。出现在地质背景子系统的各种地质现象及过程，在许多情况下是难以严格区分哪些是人为地质作用所为，哪些是纯自然地质作用所致。换句话说，这些现象和过程是两种地质作用的综合结果。所以，在研究地质环境系统演化时，重要的是收集地质背景结构性改变的证据，分析软结构和硬结构的变化特点和规律，再根据分析的结果，反推这些变化产生的自然原因和人为原因，从而对系统未来的时-空结构做出推断。

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。

地质环境一词既用于抽象的概念中，又有其客观存在的对应实体。根据地质环境系统的尺度层次，可以将人类地质环境分为全球地质环境和局域地质环境。

(一)全球地质环境系统

地球由大气圈、水圈、生物圈、地壳、地幔和地核六大圈层构成。其中大气圈、水圈、生物圈又称外三圈，地壳、地幔、地核又称内三圈。近年来，有些其他学科的学者对上述圈层的划分提出了新的见解。例如，有人主张将生物圈一分为二，把人类称为智能(或智慧)圈，以有别于其他生物种群。道理是，人类不仅仅是生物界的一个科———人科，而且其行为的社会性和目的性是别的生物所不具备的，人的社会、经济、道德方面的表现，是决定环境是否健康发展的重要力量。此外，还有人提出，将土壤层从地壳中剥离出来，单独定义为土壤圈，以方便土壤学、生物学和生态学的研究。

对地球的六大圈层目前人们掌握的知识还不十分充分，相对而言，对地球浅表的情况了解得较深入，地球深部的细节仍知之甚少。为了准确地把握地质环境在地球中的位置，有必要从地球的圈层划分的角度进行讨论(图1-1)。

图1-1 全球地质环境系统示意图

1.大气圈

指地球各圈层中最靠外的气体层，其上、下界目前还难以准确划定。有人推测上界距地面为6000km;还有人认为，从观测到的物理现象来判断，极光(太阳风冲击大气的发光现象)出现的最大高度约在1200km，那么大气圈的上界起码在此高度;另据人造卫星的观测资料，在2000～3000km的上空，每立方厘米体积中少于一个大气微粒，此高度可定为大气圈的上界。

有关大气圈的下界很少被讨论，但有一点是明确的，即大气圈的形成与地球的演化、内部物质的分异、排气有关，很可能大部分来自地球内部。如果按照这种假说，大气圈的下界必定在固体地球的内部，甚至没有明显的下界面。

2.水圈

与大气圈相类似，水圈也不是一个上、下界面清晰的圈层。地球上大部分的水以液态和固态的形式散布在海洋和陆地，还有一部分以气态形式飘散在大气中。有人认为，其上界距地表2000～3000km;还有人根据水汽输送通量和水汽通量散度，认为上界可定在大气对流层的顶部，一般平均高度是10km，在中纬度地区约12km。

研究表明，水圈是地球圈层分异过程中形成的，在几十亿年的地质演化中，水不断地从地球内部逸出，即使现在，每年仍有约660km³的水来自地幔。所以，水圈的底界仍无定论。

3.生物圈

生物圈是有生命存在并感受生命活动的圈层。其范围可跨大气圈的下部、地壳的浅表和水圈。探测资料表明，在大气平流层中，距地面33km的高度仍可发现孢子和细菌，可见生物圈的上界应超过此高度;在陆地10km深处也曾证实微生物的存在，估计生物圈的下界起码应大于这个深度。

4.地壳

地壳是固体地球的表层，其上部主要由沉积岩、岩浆岩和变质岩组成，又总称为硅铝层。其厚度分布不均，在山区有时可达40km，平原区一般为10km，浅海区显著变薄，大洋洋底缺失此层，仅见地壳的下部。

地壳的下部主要由相当于基性岩类的变质岩组成，又称硅镁层。在大陆区其厚度可达30km，深海盆内厚度约5～8km。

地壳的下界面，一般采用莫霍面来确定，莫霍面以下为地幔。

以上四个圈层概括了地球物质的四种存在形式或基本要素，即气、水、生(物)、岩(土)，它们也是构建人类环境的全部要素。这些要素所占据的空间并非彼此完全分离，而是存在共同重叠的部分。这个“交集”处于地表到地壳上部的某一深度范围内，正是所谓的全球地质环境系统的展布空间。显而易见，在全球的尺度上，地质环境呈环状包裹着地球，是人类生息繁衍、从事各种活动的场所。

有关全球地质环境系统下界的厘定，目前还在讨论之中。一种观点是，下界的确定应从科学技术的长远发展考虑，不拘泥于解决社会现实环境问题的需要;另一种观点认为，其下界的确定应以人类活动引起的物质场变化开始消失的深度为准，如应力场、电磁场、温度场等;还有人认为，下界的理论深度应规定在岩石圈内人类能触及的地方。所以，关于全球地质环境系统下界的具体深度目前尚无明确的说法。

对此，我们认为:

(1)全球地质环境作为一个实体系统应该明确规定其下界。理由是，从逻辑上考虑，既然是系统必然有边界，下边界也是一种边界，回避下边界问题在概念上是不周严的;另外，明确下边界也是科学研究操作上的需要，全球地质环境是开放系统，其边界是确定系统内部与外部物能交换关系的界面，若不明确地规定下界，就无法说清来自地球深部的物质和作用究竟属于地质环境内部成分的周转运动，还是该系统外界的输入。

(2)至于全球地质环境系统的下界位置是否一定要达成统一的见解，回答是否定的。这是因为根据系统圈划的相对性原则，即使是面对同一个客观对象，由于研究目的或学科视角的差异，所形成的概念系统(包括其边界)也不可能完全相同。正如某些学者指出的，从资源开发角度衡量，地质环境系统主要指地壳表层，目前的钻探深度大约为5km，最深可达12km;但从地质体的物理、化学特征以及它们对人类和其他生物的适宜性来衡量，深度则要大得多;而关系着建筑安全的区域地壳稳定性研究，不仅要了解地壳的组成和结构，而且要尽可能考虑地幔的物质组成及其流动特征，涉及的深度会更大。

(3)具体到本教材所讨论的内容(地质环境问题及其地质学机理)，全球地质环境系统的下界定在地表以下平均10km处较为妥当。理由是:①由地表至地下10km的范围是目前人类从事各种活动的空间;②该深度是目前地质理论认识较详尽，绝大部分探测手段可以查明的最大范围，超出此深度人们所知甚少，有的仅仅是推测或假说，尚难运用于工程实践;③地表至地下10km的范围是地球四大要素最齐全，相互作用最活跃，对人类影响最突出的空间区域;④该深度大体相当于上、下地壳之间的分界面，即康拉德面。它也被视作硅铝层的边界面，该面与莫霍面之间的地震带称为康拉德层，常诱发浅源地震。据此可以认为，该界面以下是地球内动力最活跃、最集中的区域，是导致全球地质环境系统地震、火山喷发的主要动力源区。换句话说，该深度以下即可认为是地球深部。

(二)局域地质环境系统

除了研究全球问题会涉及全球地质环境系统外，在实际工作中，普遍遇到的是发生在某一地区或某一地点的地质环境问题，如矿区的地面塌陷，某一斜坡体的失稳滑移，区域性的地下水污染、荒漠化等。此时，岩石圈、水圈等全球尺度的论述不再适合局域具体问题的分析，研究对象只能是局域尺度的地质环境。

在地质环境问题的调查、评价、预测及防治工作中，局域地质环境是主要的考查对象，或者说是基本单元。之所以如此，是因为地质环境问题包括地质灾害都有一定的地域性。具体表现在以下几个方面:首先，地球上自然地理条件的多样性和资源分布的不均匀性，在相当大的程度上决定着人口的聚集状况及人为地质作用的形式与强度。其次，不同国家和地区的经济发达程度、发展模式和文化传统会直接或间接地影响人们的行为方式，包括资源开采利用方式和对待地质环境所持有的态度。第三，地质背景包括地质体结构组成、各种地质作用的活跃程度及其过程，因地而异，没有统一固定的模式。因此，根据不同的背景条件和问题的性质来确定局域地质环境系统是十分自然的事情。至于局域的范围则应具体问题具体分析，大者可达数万平方千米，小者也许只是某个工程场地的规模。

---

宜昌市18930838664： 什么是地质环境 - ？
禹些精制：[答案] 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...

宜昌市18930838664： 什么是地质环境? - ？
禹些精制： 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以及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.

宜昌市18930838664： 岩石圈水圈大气圈三者相互作用的体现 - ？
禹些精制： 大气圈:是指因地球的引力而聚集在地表周围的气体圈层.大气圈中的气体主要集中于地表以上18km的范围内,往上气体变得极为稀薄.主要成分为氮,78.09%;氧,20.94%;氩,0.93%;其他,0.04%.(按体积计算).由地表往上可分为...

宜昌市18930838664： 大气圈、水圈、岩石圈三者相互作用的体现 - ？
禹些精制： 地质环境系统 环境总是相对于一个中心事物而言,中心周围事物的总体就是环境.中心事物的属性、内容发生变化,环境也就随之发生变化.我们通常所说的环境都是以人类生存和活动为中心的自然环境.因此,环境也可以定义为“人类生存...

宜昌市18930838664： 何为地质环境?？
禹些精制：地质环境是一个复杂的多因子系统.其主要因子是岩石、土壤、有机成分、气体、地下水、微生物以及动力地质作用,是一个开放、但又是独立的环境系统.

宜昌市18930838664： 地质环境对土地资源开发利用有何影响???急急急急急..... - ？
禹些精制： 地质环境: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,各个圈层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.而土地资源的合理利用是决定人类能否持续、健康、快速发展的重要问题,对...

宜昌市18930838664： 什么是地质环境的演变 - ？
禹些精制： \(^o^)/~演变指历时较久的发展变化.地质环境指地壳上部包括岩石、水、气和生物在内的互相关联的系统.别的就自己想吧..我们也纠结在这个问题上

宜昌市18930838664： 什么是地质环境,地质环境有何特征 - ？
禹些精制： 广义的地质环境效应是指特定的地质环境在其自然因素、人为因素及其它因素发生变化时,地质环境相应的变化及反馈作用.我们常说的地质环境效应是狭隘的,主要指人类活动造成的效应:包括:地质环境的质量、地质环境的容量和地质环境的反馈作用等方面.地质环境质量包括:自然地质条件的稳定性、原生地球化学背景、抗人类活动干扰的能力和受污染或受破坏的程度等;地质环境容量是指特定地质空间可能提供人类利用的地质资源量和对人类排放的有害

宜昌市18930838664： 什么是地质环境？
禹些精制： 地质环境主要指的是自地表面下的坚硬壳层,即岩石圈.地质环境是地球演化的产物.岩石在太阳能作用下的风化过程,使固结的物质解放出来,参加到地理环境中去,参加到地质循环以至星际物质大循环中去. 地质环境为我们提供了大量的生产资料,丰富的矿产资源.目前,人类每年从地壳中开采的矿石达4立方公里,从中提取大量的金属和非金属原料,还从煤、石油、天然气、地下水、地热等和放射性物质中获取大量能源.随着科学技术水平的不断提高,人类对地质环境的影响也更大了,一些大型工程直接改变了地质环境的面貌,同时也是一些自然灾害(如山体滑坡、山崩、泥石流、地震、洪涝灾害)的引发因素,这是值得引起高度重视的.