环境地质学主要研究哪些科学问题
沈照理
1 环境地质学的研究对象、内容与分科
1.1 研究对象
环境地质学是地质科学中的一门新兴的分支学科，也是环境科学的重要组成部分。其研究对象是人类社会与地质环境组成的复杂系统。它的任务是研究人类活动与地质环境的相互关系，揭示环境地质问题的发生、发展和演化趋势，全面评价地质环境质量，提出地质环境合理开发、利用和保护的对策与方法，为实现人类社会、经济的可持续发展提供科学依据。
1.2 研究内容
（1）Environmental Geology（Edward A.Keller，Univ.of California Santa Barbara，7thE-dition，1996）中所列的，研究内容：土地利用及与土壤有关的环境问题、人口增长与自然灾害、洪灾、滑坡、地震、火山活动、岸边灾害、水资源短缺与水污染、环境与健康、矿产开发导致的环境问题、全球变暖（CO2，O3，酸雨等）、大气污染等。
（2）环境地质学（修订版）（潘懋、李铁锋编著，高等教育出版社，2003）中所列的研究内容：全球变化的研究、区域环境地质问题的研究、资源开发环境地质问题的研究、地质灾害研究与防治、城市环境地质研究、重大工程建设的环境地质研究、医学环境地质研究、生态环境地质研究、现代科学技术在环境地质学中的研究等。
1.3 分科状况与学科归属
目前，环境地质学还没有形成系统的学科体系，已经沿用过的主要有：①环境水文地质学；②环境工程地质学；③环境地球化学；④灾害地质学；⑤城市环境地质学；⑥矿山环境地质学；⑦农业环境地质学等。
按国务院学位委员会和国家教育委员会1997年颁布的《授予博士、硕士和培养研究生的学科、专业目录》，环境地质调整到现一级学科：环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）（0830）之环境工程学科、专业（083002）。（见下表）
地球科学进展
2 我国环境地质问题研究概述
在自然（原生）和人为（次生）因素作用或影响下形成的环境地质问题。（全面的、简略的、择重点简介）
3 环境问题成为全世瞩目的问题之一
（1）可持续发展理论与《中国21世纪议程》。刘培哲文章简介，在《地学前缘》1996年3卷1期。
（2）濒临失衡的地球——生态与人类精神［美］阿尔·戈尔著，陈嘉映等译。中央编译出版社一书简介。
（3）Resources vital to humans。
（4）地球科学新的优先考虑的问题。（W.S.Fyfe文章）简介，在《地学前缘》1996年3卷1期。
地球科学进展
4 与专题相关资料
（1）书籍：①《Environmental Geology》Edward A.Keller著；②《环境地质学》（修订版）潘懋，李铁锋编著；③《濒临失衡的地球——生态与人类精神》［美］阿尔·戈尔著，陈嘉映等译。
（2）期刊：①Water Research；②Environmental Sciences＆Technology；③Contaminated Hydrogeology；④Applied Geochemistry；⑤地学前缘。
(一)关于环境地质学研究内容的若干提法
自1964年美国伊利诺伊州地质调查所学者James E.Hackett撰文讨论都市土地规划问题时提出“环境地质学(Environmental Geology)”一词，至今已过去了40余年。他的观点，即“环境地质学是研究和使用地质学达到协调和完善状态的一个新方法”已逐渐淡出，但“环境地质学”一词则沿用至今，且成为一门新兴学科的名称一直被地学界所采用。
几十年来，有关环境地质学的定义和内涵的讨论始终没有间断。
1968年，W.J.Wayne认为:“在城市中心及靠近城市的地区，人类环境地质已变得更为重要。城市地质学已和环境地质学成为同义词了。”1969年，P.H.Moser指出:“环境地质学是运用地质学、水文地质学、工程地质学、地球物理学及其有关学科的原理，研究人类周围环境，更有效地利用天然资源的一门学科。”1970年，P.T.Flawn指出:“环境地质学是研究土地为人类所应用的全部范围，包括城市、农村和未来开发的原始地区，包括自然资源的位置及开发、废物处理、块体运动及构造运动两者对建筑物的影响，以及岩土物质成分的细微变化对人类健康的影响。”进入20世纪80年代，EdwardA.Keller在他所著的《环境地质学》中阐述了关于环境地质的七个基本概念(观点)，并指出“当我们探索环境问题的本质时，环境地质学跨学科实质的重要性显而易见。大多数项目是复杂的并包括许多不同的方面，可概括为三类:物理的、生物的、人类利用及人类利益的”。此后，他于1998年进一步明确，“环境地质学是一门应用地质学，主要研究人与自然环境之间相互作用的各个方面”。
与此同时，我国学者也就环境地质学的内涵发表了各自的看法。1980年，刘东生和万国江等指出:“环境地质学是研究人类活动和地质环境相互作用的学科，是地质学的一个分支，也是环境地学的组成部分。”1983年，胡海涛和钟立勋指出:“环境地质学是应用地质学的基本原理，研究人类工程－经济活动与地质环境之间的相互作用，预测天然及人为地质作用的发生、发展规律，从而制订改造、利用和保护地质环境的规划、措施、方案，达到防止或减轻地质灾害，保护及改善地质环境质量的目的的一门综合性地质学科。”1995年，陈梦熊在《环境地质学理论基础与研究领域》一文中明确指出:“环境地质学是地质科学中一门新兴的属于应用地质学范畴的一个分支学科，它是一门综合性很强，以研究人－地关系为主，介于地质科学与环境科学之间的一门边缘学科或综合性学科。”1991年张宗祜提出，环境地质学应当是研究人类技术活动与地质环境相互作用影响的学科。此外，李鄂荣、朱大奎、潘懋、段永侯、徐增亮、戴塔根、哈承祐等学者也撰文或在教科书中阐述了一些很有见地的看法，此处不再一一介绍。
持上述观点的学者来自多个领域，其中既有从事理论研究的，也有从事工程技术或技术管理部门的学者和专家;有环境科学界的人士，也有地学界包括地质学、地理学，尤其是水文地质、工程地质专业的人士。他们的观点基本反映了目前国内外学术界对环境地质学的理解和主流。不应忽视的是，学术界也有反对的意见，如G.B.Oakeshott(1976)认为，环境地质是一个荒谬名词，又说“所有地质学都是环境的”。这些声音虽小，但也从另一个侧面反映出环境地质学在吸纳其他学科营养的过程中，一些概念、术语的缜密推敲还需进一步完善。即使持赞同意见的学者内部也存在某些分歧。其中一个较突出的问题是:环境地质学究竟是一门应用性的或定位于工程技术层次的学科，还是具有科学与技术一体化的基本特征。关于这个问题将在绪论的第三部分讨论。此处仅围绕上述各家观点中取得共识的问题———环境地质学的研究主题展开。
(二)环境地质学的研究主题
环境地质学研究的主题可以用一句话来概括，即研究人与地质环境的关系，简称人－地关系，包括:①地质背景、地质作用及其过程对人类的意义和影响;②人类活动引起的地质环境变化的地质学基础及社会学问题;③如何协调人与地质环境的关系。
1.地质背景、地质作用及其过程对人类的意义和影响
在人－地关系中，地质环境对人类的意义和影响可以从以下两个方面认识:
(1)地质环境是资源的提供者
地质资源包括土地资源、水资源、矿产资源和景观资源。它们是人类生存发展所必需的物质基础。
土地资源 主要构成物是岩石和土壤。土壤是农、林、牧业利用的对象。它是岩石风化形成的母质，经生物化学作用形成的松散基质。其形成过程与内、外动力地质作用有着紧密联系。内动力地质作用可以将地下岩层抬升到地表附近，提供成壤的母质。外动力地质作用则对土壤的最终形成起到关键作用，一方面决定了土壤的形成速度、熟化程度;另一方面也通过水力、风力的侵蚀、搬运和堆积，改变着土壤的质地及分布，从而影响作物的产量及植物群落的结构特征。此外，地表和地下空间是人工建筑物的依附对象，土地规划、城市化发展都是在这个空间上展开的。所以它们也是土地资源的一种，是地质背景的一个重要功能。
水资源 就现在普遍接受的观点而言，水资源主要指地表水、地下水。长远来看，土壤中赋存的非重力水以及活跃在近地表大气中的水分都可能成为被利用对象。无论哪种水都纳入水文循环之中，它们的形成和分布除与大气活动有关外，地形、地貌、地层及地质构造都会影响水资源，特别是地下水的水量、水质和时空分布。
矿产资源 包括金属矿产、非金属矿产、矿物燃料等，都可以视为地质作用的直接产物。有的是在内动力地质作用下形成的;有的与外动力地质作用有关;还有的是两种地质作用综合作用的结果。
景观资源 在这里主要是指具有地学研究价值和可供人们参观游览的自然地质遗迹、自然地貌景观，它们同样是地质作用的产物。
对于这些资源，有人认为可以根据它们的形成速度与人类对它的消耗速度是否平衡，划分为可再生资源和不可再生资源。事实上，这种划分不是绝对的，而是反映了人们在人与资源关系上的一种思考。例如土地资源，当成壤速度大于土地养分消耗及水土流失速度时，土地的适耕性是可持续的。反之，土地向贫瘠化、沙化或石漠化方向发展，失去利用价值。又如水资源，在开发利用量小于流域产流量时，水文循环可以不断补充消耗的水量，使之用之不竭。若开发利用过量，水资源就会越来越少。正因为如此，有人将上述两种资源列入可再生资源，有人则认为它们在一定使用限度内是可再生资源，超过限度则属于不可再生资源。矿产资源是在漫长的地质历史时期形成的。由于地质循环不断进行，成矿过程仍在继续，不过完成其过程需要长达数万年甚至更长的时间，如煤、天然气，与人类采掘的速度相比，显然处于“透支”状态。另外一种考虑是，地球的演化、地质环境的变迁是不可逆过程，就某一特定地区而言，矿产资源一旦开采殆尽，在此地区不会再生，所以，一般将矿产资源视为不可再生资源。
如果说前面论及的资源再生性考虑的是数量平衡问题，那么，景观资源则注重形貌的独特性。其形成与地质作用关系密切，是特定地质演化过程在特定时空上留下的景观“片段”，一旦破坏，难以修复，几乎就再也找不到相似的景象了。所以，一般将其归入不可再生资源。
(2)地质环境是人类的家园
地球浅表特别是位于陆地表面的地质环境，是人类生存、繁衍、生息和从事各种生产活动的场所，它是人类的家园。
在这个空间中，地质作用十分活跃，从不停息。水流、风力、重力的侵蚀、搬运、堆积作用，驱动岩石、水盐等物质运动，使地表浅层物质处于不断重新分布的过程，地表形貌也一再重塑。与此同时，构造运动、岩浆活动、地震等也可以把地球深部物质、能量释放到地球表层，使沧海化为桑田，高山沦为低地。一些大规模的造山运动，还会引起气候和生态的变化。
地质作用导致的环境效应，有的对人有益，为人类提供了得天独厚的生存场所，促进人类从茹毛饮血、择水草而居的原始文明发展到大工业生产的现代文明;有的也会给人类带来危害和灾难，地震、火山、海平面上升、荒漠化等不仅导致地球上一些光辉灿烂的古老文明消失、湮灭，而且还给人的生命财产造成损失，甚至使富饶的土地变为不适宜人类居住的地方。不论人类是否愿意，地质作用及其地质过程始终伴随着我们。从这个角度上看，人类的历史不仅仅是一部与自然斗争的历史，还是一部学习如何利用、尊重自然的历史。
2.人类活动引起的地质环境变化及其对人类的影响
人作为生物界中的一个种群(人科)是地球演化到某一特定阶段的产物。人类将水、岩石、土壤和其他生物作为自己生存发展的物质基础，同时又通过劳动改造着周围的岩土、水、生物条件。人类与自然的这种关系是地质环境概念形成的客观背景。可以说，地质环境是人类出现后才有的，没有人类也就无所谓地质环境，地质环境的演化必然与人类活动紧密相联。
科学与技术的进步，使人类由原始游牧文明走向农耕文明和现代工业文明，在此过程中，人类干预、利用地质环境的能力日趋强大，获得的利益也十分丰厚。然而，随着人类活动的范围和作用强度的急剧扩大，其消极面也逐渐暴露出来。过分强调人的能动性，夸大驾驭自然的能力，忽视人在自然面前的受动性和依赖性，从而导致科技手段的滥用和误用，这正是近几十年来人－地关系失调、地质环境问题层出不穷的重要原因之一。
地质体始终处于发展演化之中，在自然力的驱动下有其天然的演化规律。当人类作用达到一定程度，并成为不容忽视的新地质营力时，情况将发生改变，地质体的演化将由自然力和人类的力量共同决定，尽管在活动过程中人类获得了想要得到的东西，但付出的环境代价也是十分惊人的。
有资料表明，到20世纪末，全球每年人为移动岩土物质的量级已高出自然过程的4～5倍。大量的岩土挖掘和弃置，改变了许多地区的地形、地貌、浅表岩土体的原有受力状况，甚至诱发崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害的频繁发生。例如我国福建省，截至2001年，全省已查明的滑坡803处、崩塌点329个，其中与人为移动岩土物质有关的分别占到87%和84%，这足以说明人类活动的巨大影响。其次，挖掘或弃置岩土可使土壤层丧失或掩埋，可耕地数量和质量明显下降。目前我国每年有数十万公顷的耕地被城乡建设占用，煤矿开采破坏的土地也高达数万公顷，加上其他原因，我国每年减少耕地约145万公顷。近40年来，我国耕地减少总量相当于一个法国或两个英国或四个日本的国土面积。全国有666个县低于联合国粮农组织规定的人均0.8亩(约合667m2)耕地的警戒线。这种状况将严重威胁到我国的粮食安全。
过度开发利用水资源也会影响地质环境的质量，还可能间接影响陆地水文和生态过程。2004年我国水资源总量为24130×108m3，不计发电、航运、养殖等用途，年供水量为5548×108m3，占水资源总量的23%，尚属安全用水范围。目前国际上的通用标准为水资源利用率不应超过总量的25%～40%，否则就会出现资源短缺和生态环境问题，但在许多地区这个界限早已突破。例如，河北平原目前地表水调蓄工程控制的水量已占河川径流的70%以上，地下水开采量接近119×108m3/a，占地下水补给资源的124%，储存资源累计消耗已达350×108m3。由于天然产水能力与人工取用强度严重失调，地下水动力场、水化学场、温度场和应力场都发生了变化，最终导致河流干涸、水质恶化、地面沉降开裂、海水入侵、生态退化等日益突显的地质环境问题。
在短期经济利益的驱动下，资源的过度、无序开发利用必然引起地质环境的紊乱，甚至导致人们未曾料到的生态失衡和灾难的发生。地质环境的宏观变化是不可逆的，如果人类失去了预见和自制的能力，在享受眼前利益的同时，所造成的环境恶化也正为人类铺就着一条不归之路。正如美国海洋生物学家RachelCarson在《寂静的春天》一书中所指出的，不是敌人的活动使这个受害的世界生命无法复生，而是人们自己使自己受害。这一哲理同样适用于人－地关系的思考。
3.人与地质环境的协调发展
人类不能完全控制自然，也不可能按自己的意愿再造自然。人与自然的区别在于，人类的活动是追求功利和有目的性，而自然活动没有思想，没有功利，没有目的性，只受客观规律的支配。因此，所谓的人－地关系的协调发展，不应理解为双方对话、妥协的过程，而是人类对自己提出的行为约束或自律要求，或者说是基于人们对自身当代和长远利益的深入思考而提出的可持续发展理念，其核心是遵循客观规律。
尊重客观规律是人类与自然打交道时必须严守的准则，自然资源的开发利用和灾害的防范也是如此。人们开发利用自然资源之所以能够达到预期的目的，首先是因为人们了解资源的成生、分布规律，其次是懂得运用相应的技术手段和策略顺应客观规律。然而，这只是问题的一个方面，随着开发利用活动的进行，原来的地质条件会因人为的扰动发生改变，某些因素的活动受到抑制，另外一些因素变得更为活跃，于是有可能使地质环境问题加剧或引发新问题。如果透过人为作用这一表面现象，可以看出，地质环境问题的出现仍是客观规律使然，有其发生、发展的自然基础。目前，地质环境问题层出不穷的根本原因或许正在于人们忽视了后者。
人口、资源、环境和社会经济发展之间的多重关系是人－地关系的客观表现。四者运动方式的失当和比例失调，是加剧人－地关系矛盾的原因所在。理顺这些关系，构建良性互动的统一整体，即人－地关系协调发展的地质环境系统，不仅仅是人－地关系理论研究的最终落脚点，也是环境地质学研究的永恒课题。
构建人－地关系协调发展的地质环境系统，必然会涉及观念的转变，思维方式的变革和决策科学方法的合理运用。为此，需要注意以下三点。
(1)地质资源开发利用与地质环境保护的协调
地质资源的开发利用是地质环境异常变化的触发器。为了避免矿产资源、土地资源、水资源开发利用带来严重的地质环境负效应，必须首先调查、阐明地质体在自然条件下固有的规律性，然后分析或预估资源开发利用时地质体的响应及其可能的不利后果，据此提出调控资源开发利用的方案，以达到资源与环境两者均可接受的满意结果。鉴于近几十年来我国经济高速发展遗留下大量的地质环境问题未能及时解决，现阶段更应强调地质环境保护的重要性，把地质环境问题的综合治理，尤其是地质灾害的防治工作放在举足轻重的地位，而不能单纯追求经济的快速增长。对那些附加值低且地质环境后遗症大的资源开发与利用方式，必须加以严格限制，对已在运行的工程活动，应按《中华人民共和国循环经济促进法》的要求，尽快实现清洁生产、废物资源化的良性发展。
(2)局部性地质环境与全局性地质环境的协调
地质环境系统中岩、土、水、气的运动是一个有机联系、相互制约的统一整体，其中某一要素或某一局部地段受到人为活动的强烈干扰，其响应可波及整个系统。有的学者把地质环境系统的局部与整体的关联，形象地称为超距性。意指在地质环境的某一局部施加影响后，其产生的后果在空间、时间乃至应用领域上均有超远距离传递的特征，且通过因果链，产生“多米诺骨牌效应”，最终产生事前未曾预料的后果。因此，地质环境的质量评价不能只注意局部地段现状条件分析，更要注意其超距性的影响，把眼光放大到全局、长期，尽量包括一切可能的领域。
(3)人际关系中资源分享权力与地质环境保护义务的平衡
由于不同地域、不同行业的人们共享的可能是同一个地质环境系统，一旦其运行格局发生变化，便涉及不同人群利益的再分配过程。如果权利与义务不对等，不仅会加剧矛盾，影响社会的稳定和谐，而且在经济利益的驱动下，必然会刺激资源开发利用的过度进行，造成混乱和无序的局面。因此，人际利益关系的调整是实现人－地关系协调发展，保护地质环境的重要的途径之一。正如有些学者所指出的，解决地质环境问题不仅仅是科学技术工作者的任务，也是全社会共同应对的挑战。从某种意义上来说，社会的改革包括经济目标、社会结构和民众意识的转变，最终是实现人们分享资源的权利与地质环境保护义务两者的平衡。
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区域地质环境研究，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。
②地质灾害的环境地质问题的研究，为预报地质灾害提供依据，为减免灾害提出防范措施。
③地球化学环境对人类的影响问题。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工程建设中可能引起的环境恶化问题。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自然资源开发中的环境地质问题。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。
答：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区域地质环境研究，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。②地质灾害的环境地质问题的研究，为预报地质灾害提供依据，为减免灾害提出防范措施。③地球化学环境对人类的影响问题。研究不同地区地球化学背景，各种元素丰度及其分布特点...
答：7thE-dition，1996）中所列的，研究内容：土地利用及与土壤有关的环境问题、人口增长与自然灾害、洪灾、滑坡、地震、火山活动、岸边灾害、水资源短缺与水污染、环境与健康、矿产开发导致的环境问题、全球变暖（CO2，O3，酸雨等）、大气污染等。
答：此后,他于1998年进一步明确,“环境地质学是一门应用地质学,主要研究人与自然环境之间相互作用的各个方面”。 与此同时,我国学者也就环境地质学的内涵发表了各自的看法。1980年,刘东生和万国江等指出:“环境地质学是研究人类活动和地质环境相互作用的学科,是地质学的一个分支,也是环境地学的组成部分。”1983年,胡海...
答：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： 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。中国地质灾害分布图 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。...
答：环境地质学主要研究人类活动和地质环境的相互关系，包括由地质因素引起的环境问题，如火山爆发、地震、山崩、泥石流等灾害，以及因地壳表面化学元素分布不均引起的地方病；由人类活动引起的环境地质问题，包括化学污染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，以及城市化引起的环境地质问题等。环...
答：主要包括：研究生态地质环境的组成、结构与各要素功能、历史演化、现状及其运动变化与未来发展趋势;生态环境地质问题产生的现代地质作用、地球动力作用与地球化学作用以及与其他因素的相互作用机制与模式;生态地质环境保护、治理、调节控制的技术措施。以时间为主线,生态环境地质学主要研究生态地质环境的过去、现状...
答：中国地质环境学院的地质工程专业涵盖了多个研究方向，主要包括以下几个方面：地质工程与地下空间开发利用：这个方向主要研究地下空间的开发与利用，包括地下建筑、地下交通、地下能源等。研究内容包括地下空间规划、地下建筑设计、地下工程施工技术、地下工程安全与环境保护等。通过对地下空间的研究，为城市发展提供...
答：1、全球变化是指环境被破坏后对全球带来的影响，例如温室气体的增加可以引起温度上升会带来全球气候的变化地球上生物多样的减少也是全球性的问题。2、环境地质学理论研究的前沿问题是陆地水圈演化与地下水渗流理论，陆地水圈演化与地下水渗流理论开展陆地水圈的形成条件、演化规律及其在人类活动影响下的变化趋势...
答：联合国于1972年召开了世界首次人类环境会议,发表了著名的《人类环境宣言》,促进了环境地质调查研究的开展和环境地质学的形成。西方国家先后启动了新一代国家地质填图计划,增加了服务于环境保护的环境地质填图内容。美国于1988年开始设计新一轮的国家地质填图计划,于1992年颁布了《国家地质填图法》。美国地质调查局启动了...
答：分析和表示环境地质问题，图上作业是一种理和计算方法。如设计研究工作的程序，检验样品和数据的代表性，分析数据资料的相关性，进行环境质量的综合评价，建立环境地质或环境地球化学模型，预测地质环境的演化趋势，拟定环境控制的最佳方案等都需要应用系统分析方法。地质环境问题具有空间性、动态性和综合性。分...
