环境地质学课后习题

1、环境地质学产生的社会、科学背景是什么？

答：环境地质学的出现，有其特定的社会原因及学科发展的时代要求。随着社会的发展，人类对环境的改造作用越来越大，以致各个学科都从自身专业出发，将自己的研究深入到环境领域，而传统的地质科学也在逐渐延伸着自己的研究领域。

世界地质工作发展整体上也正由以资源勘查为重点的时代进入到更加强调社会化与环境的时代；地质工作部署的重点正逐渐由山脉和盆地转移到人类活动密集的城市地区和重大工程建设区。许多国家，尤其是美国、加拿大、英国和澳大利亚等发达国家已转移到灾害减轻、废物处置、环境保护、土地利用、水资源与城市发展、公众健康等环境领域上来。因此，环境地质工作，尤其是城市环境地质和矿山环境地质已成为当前地质研究工作的重要内容，肩负着推动地质科学发展的重任。

2、人—地关系包括那些内容？

答：地质背景、地质作用及其过程对人类的意义和影响；人类活动引起的地质环境变化及其对人类的影响；人与地质环境的协调发展。

3、为什么把系统科学作为环境地质学的基础理论？

答：因为概念是科学的基石，先进的思维方式是科学发现的先导。因此，环境地质学的基础理论必然具有强烈的科学方法论的色彩，以达到多学科的综合及普适性规律认识的目的。所以，环境地质学的基础理论是运用系统科学的观点和分析方法，研究地质环境系统。

4、环境地质学重点研究哪些科学问题？

答：环境地质学是研究地质环境问题产生的客观背景（自然与社会）、地质学机理、时空分布规律，并从地质环境系统与社会经济系统和谐发展的理念出发，探索地质环境问题防范、治理对策，以服务于资源合理开发利用及人居环境改善的一门综合性学科。它主要研究四个科学问题，即：地质环境问题出现的原因；各种地质环境问题的发生机理；地质环境问题的发育规律；各种地质环境问题的防治办法。

第三讲：崩塌

1、坚硬块状岩体和软弱碎裂岩体崩塌的各自的特点和形成条件。

答：①由厚层坚硬的岩层如灰岩、砂岩、砾岩、花岗岩、闪长岩等构成的斜坡体，岩石强度大，裂隙发育，形成高陡边坡；

②相对软弱的岩层如页岩、泥岩、板岩、片岩、千枚岩等强度较小，裂隙细密，岩石常呈碎块，个体稳定性较差，在稍陡的坡面上甚至偶尔的刮风或因人为踩踏，单个块体就会失稳，而形成泻溜。

2、山区和水库区崩塌致灾的差异。

答：1）山崩是在裂隙发育的陡峭斜坡上，失稳的岩土体在重力等作用下，发生的崩落现象。这种崩塌发现在山区以及具有高陡边坡的地形条件下。

2）库岸崩塌主要是水流冲刷、浸润岩土体、掏空水库坡岸作用造成。多发生在河岸或水库边岸带；在海边因海浪对陡立海岸的冲击掏蚀而破坏，也有可能发生崩塌。

1、滑坡和崩塌的相同点和区别？

答：滑坡是斜坡上的岩体或土体，在重力作用下沿某一软弱面或软弱带整体滑移的现象和过程。滑坡俗称“走山”、“垮山”、“地滑”、“土溜”等。

崩塌是位于陡崖、陡坡前缘的部分岩土体，突然与母体分离，翻滚跳跃崩坠崖底或塌落在坡脚的过程与现象。

相同点：均为斜坡上岩石遭受破坏而失稳，进而向坡脚方向运动的形式。它们的形成条件相似，可以伴生，并可相互包含与转换。

区别：滑坡有滑动面，崩塌无滑动面；崩塌速度比滑坡快；崩塌一般发生在坡度大于50，高度大于30m的高陡边坡上，滑坡多发生在坡度小于50的斜坡上。

2、河谷侵蚀卸荷作用下，岸坡应力重分布的特点。

答：在平坡段：侧压力较小，稳定性中等。在凹破段：侧压力较大，合力与重力方向相反，有利稳定。在凸坡段：拉张侧压力，合力与重力方向相反，不利稳定。

3、滑坡预测预报的类型和基本理论依据。

答：1）空间预测，包括区域性滑坡预测、地段性滑坡预测、场地性滑坡预测。

空间预测：主要是通过滑坡条件分析，确定出对滑坡作用有利的因素组合，根据这些有利因素组合来预测区域上某斜坡段将来产生滑坡的可能性，圈定出可能产生滑坡变形的范围。其理论基础——工程地质类比法。

2）时间预报，包括滑坡长期预报、滑坡短期预报、滑坡临滑预报。

其理论基础——岩土体蠕变（流变）理论

3）时空耦合预测预报

4、结合实例说明滑坡防治的措施。

答：对于正在活动的滑坡，一般的工程布置应避开滑坡，尤其是一些大型滑坡或滑坡群所在地段应是工程避开的地方。当必须进行处理时，首先要查明滑坡发生的原因，了解当前滑坡活动的主要激发因素，从而采取正确的治理措施。处理时，原则上应一次根治彻底，不留后患。对于区域性的国土规划，开展区域性滑坡空间预测工作是减少滑坡灾害的重要前提之一。具体措施：绕避；削方减载；抗滑桩；锚索；格构护坡；挡土墙；排水（地表排水，地下排水）；岩土体改良（六字方针：挡、排、削、护、改、绕）。

第五讲：泥石流

第六讲：地面塌陷

1、水对岩溶塌陷形成的作用包括哪些方面？

答：岩溶洞隙的发育一般受岩溶地下水排泄基准面的控制，多发育于浅部，向深部逐渐减弱。浅部岩溶洞隙由于地下水活动频繁，交替强烈，一般连通性较好，成为塌陷物质的储集空间和运移通道。塌陷坑与开口洞隙存在着密切的垂向对应关系。洞穴愈大，塌陷规模也愈大；洞隙开口愈大，塌陷速度愈快。

在岩溶地区，降水入渗对补给封闭岩溶洞穴，快速上升的岩溶水会压缩洞内，形成上挤的压

力，导致气爆发生，引发洞顶塌陷。河、湖近岸地带的侧向倒灌作用。

2、采矿区防治塌陷的工程措施有哪些？

答：（一）采空区地面塌陷危害的预防

(1)、矿山开采前应结合开采方式、开采进度，运用采动理论估算不同开采期，地面变形的范围和程度，做出风险评估，必要时修改原有开采方式和流程。

(2)、要明确禁采区和限采区，对地表重要建筑物、水库和城镇所在地要结合采深采厚和地质条件分析，拿出危害后果最小的开采方案。

(3)、开采过程中要对不同区块的地面变形进行监测预报，及时撤离人员。

(4)、矿坑排水设计必须考虑地面塌陷的可能地点、规模，避免单纯追求疏干工期的做法。

(5)、改进井巷顶板管理方法，在条件允许的情况下，尽可能采用充填法。在一般情况下，为减少地面变形造成的损失，应留有足够数量的保安矿柱，而且禁止对矿柱的回采。（二）采空区地面塌陷的治理

(1)、对破坏的土地应进行整理、平复，以防滑坡、崩塌的出现。

(2)、危房改造必须到位，严重损毁的房屋必须拆除。

(3)、对进入充分采动阶段（冒落带发育到地表）的地段，土地整理工作至少应在塌陷后两年进行，由于残余变形将持续很长时间，这些地段短期内一般不宜建造永久性建筑物。对仍处于非充分采动阶段的地段，不宜开展正规的土地整理，以免前功尽弃，或采用钻孔灌注法，填充地下空腔，使之达到稳定状态。

第七讲：地面沉降

1、辨析题：

在砂砾质含水层中抽水，不会产生地面沉降现象。

答：错误。由于沙砾质含水层本身的孔隙度较小，可供压密的空间小，所以，地面有沉降现象，只是总沉降量较小。（详见课本143-144页）

2、论述题：

根据砂砾质土与粘性土失水压密机制，试分析典型山前洪积扇各地段（扇顶、中部和扇前缘）地面沉降的特点、危害及其原因？

答：砂砾层的压缩量小于等有效应力作用下粘性土的压缩量，粘性土的累积厚度越大，压缩总量越大，在同等开采条件下，粘性土层数越多，沉降速率越大。

洪积扇组成物质具有明显的分布规律，从扇顶到扇缘，可分为三个项带：

扇顶相：位于洪积扇顶部。通常表现为舌状叠覆的砾石堆积体。此地段地面沉降幅度小，地面沉降时间滞后短，延迟效应不明显，地面沉降具有弹性变形特点。

扇中相：位于洪积扇中部。组成物质较扇顶为细，主要由砾石、砂和粉沙组成。扁平的砾石呈叠瓦状向上游倾斜。砂层中常见交互层理。砂质透镜体或砾石透镜体分布很普遍。此地段同扇顶相。

扇缘相：位于洪积扇边缘部分。组成物质较细，由亚沙土、亚粘土组成，有时夹有砂质或细砾石透镜体，具有水平层理和波状层理。地下水往往在该带溢出地面，局部地段产生地表水滞水和沼泽化等现象。此地段水的存在形式为结合水粘性土的释水压密具有滞后时间长、延迟时间长的特点，以致能产生较大的地面下沉量，地面沉降滞后时间长，延迟效应明显，造成的地面沉降大部分是永久性的。

第八讲：海水入侵

1、结合渤海湾海水入侵的形成机制，如何在该地区进行海水入侵防治？

答：海水入侵是陆地地下水的压力与海水压力失衡造成的。

海平面的相对上升主要包括：海水量的变化（气候、冰川消融等），海洋盆地容积的变化（大洋中脊扩张、陆源物质堆积等），滨海地区地面沉降（构造沉降）；陆地地下水头下降主要包括：沿海地区开采地下水，筑坝建水库等拦截地表水，气候干旱。此外还有修建盐田、近海河道清淤、沿海城市建设等原因。

为了对渤海湾地区进行海水入侵防治，我们需进行以下工作：根据地质背景调查、遥感解译、地下水监测、水文物探资料，综合分析造成海水入侵的自然因素和人为因素。查明海水入侵途径，根据水化学分析、物探成果，进行海水入侵程度分区，分析海水入侵发展趋势。地下水系统软结构的调整：限制淡水开采量；进行人工回灌，提升陆地淡水水位；设置抽水槽，抽出咸水。地下水系统硬结构的调整：隔水槽，阻断咸水的入侵途径。

第九讲：土地退化（水土流失、土壤盐渍化）

1、试分析我国东南沿海和西北干旱地区土壤盐渍化特点和成因的差异，各自的防治对策答：我国东南沿海为半湿润和湿润季风气候滨海盐渍化区，由于长期受海水侵袭，土壤和地下水含盐量很高。防治对策主要为防治和减少高矿化水的进入，咸水灌溉要慎重和尽量避免（咸水、污水），防止海水入侵。防止地下水位上升：水库渠道防治，将大水慢慢改变喷、滴、灌溉，减少回归下渗，排水系统使潜水低于临界深度。

西北干旱地区为干旱荒漠和荒漠草原盐渍土区，区内除现代积盐的硫酸盐－氯化物或氯化物－硫酸盐盐渍土外，分布土壤含盐量很高的内陆盐渍土，还有龟裂碱化土和部分残余盐渍土。防治对策主要为灌水淋洗，尤其是干旱地区，将土层表面的盐分溶解，渗入地下；减少土面蒸发，深耕、松土，地膜覆盖，施用有机肥改善土粒固粒结构，种植田间林带，改善小气候，提高空气湿度，同时可降低地下水位；因地制宜，选用耐盐作物，耐盐作物的培育。

2、试分析我国黄河流域水土流失的现状、危害、主要原因及其可能的防治对策。

答：现状：

水土流失以黄土高原（甘肃、宁夏、陕西、山西）、华南山地丘陵发育最强烈。统计表明，黄土高原水土流失面积达43万km2，平均侵蚀模数约8000吨/km2/a；长江中下游、珠江、辽河流域相对较轻，但也在加剧。水土流失在各地的发育强度差异明显，呈现出北强南弱，西强东弱的特点。水土流失的发育具有累进性和渐变的特点，其危害往往不被人们重视，不自觉陷入“越垦越穷，越穷越垦”的怪圈中。

危害：

（1）侵蚀区：土地生产力下降。土壤和肥分的流失，土层变薄，土地贫瘠，宜耕地减少。（2）堆积区：水体泥沙淤积。流失土壤的堆积，使河道水库淤塞，加剧洪涝灾害的威胁。（3）径流区和堆积区：水体水质下降。水土流失所导致的农业面源污染是下游水体富营养化的主要原因之一。

原因：

外界作用：天然条件下，影响坡面岩土系统的外部输入主要是降雨，它是坡面侵蚀发生发展的动力来源，决定了外界作用对表层岩土系统的侵蚀力大小，因此又常被称为动力因子。近一两百年来，随着人为地质作用的加强，人类活动也已成为影响坡面侵蚀的重要外界输入。与降雨不同，人类活动通常情况下并不能为坡面侵蚀直接提供动力，它主要是通过改变坡面

岩土系统的结构，影响其抗蚀能力，从而加剧或减弱坡面侵蚀的强度。

内部结构：影响坡面岩土系统抗蚀力大小的因素有坡形、土壤及母岩的性质、植被覆盖等，这些因素又称为抗蚀因子。需要指出的是，坡面岩土系统的抗蚀力并不仅仅取决于这些要素本身的性状，而是很大程度上受这些要素的组织方式、配置形式及相互作用关系的影响。防治对策：

压缩农业用地，提高土地生产率，重点建成旱涝保收，高产稳产的基本农田；扩大林、草种植面积，因地制宜，以水土保持林为主；改善天然草场植被，适当压缩牲畜数量，做到提高质量，轮封轮牧，保护草场；在矿区有计划的存放表土，开展土地复垦工作，避免大规模水土流失。对于农业用地，水土保持的农业技术措施：等高耕作，沟壑种植，间、混、套、复种，少耕免耕覆盖耕作；水土保持的林草措施：水土保持林，水土保持种草，植物篱；水土保持的工程措施：梯田工程，坡面蓄水工程，截流防冲工程。

第十讲：环境与地质环境

1、辨析：在生产力低下的历史时期，之所以没有出现大量的地质环境问题，是因为人类活

动与其周边的地质环境保持了一种平衡关系。

答：地质环境是人类环境中极为重要的组成部分，主要是指与人的生存发展有着紧密联系的地质背景、地质作用及其发生空间的总和，又称为地质环境系统。从空间概念上，地质环境系统包括全球地质环境系统和局域地质环境系统，地质环境系统是人工-自然的复合系统。在生产力低下的历史时期，人类对自然的改造能力低，作用范围小，在一定程度上天人合一，没有出现大量的地质环境问题。

2、试论地质环境系统的自然属性和社会属性，了解这些属性对研究地质环境问题有什么科学意义。

答：地质环境具有自然和社会的双重属性。1）地质环境的自然属性指自然地质作用，包括内动力地质作用和外动力地质作用。从远古至今，自然地质作用从不停息，无论有没有人类的活动，它都会持续地进行下去，影响着地质环境的结构和功能，使地质环境具有鲜明的自然属性。2）地质环境的社会属性指人为地质作用，即人通过工程活动，对地面以下地球四大要素自然分布格局的干扰，主要是对岩、土、地下水天然时空结构的改造。人类干扰方式所遵从的不是自然规律，更多的是社会规律（甚至是少数人的意志），各种行为产生的根源有着深刻的社会学、经济学基础。为了防治地质环境问题，也需要注意其社会属性。

3、何为系统的结构，举例说明空间结构和时间结构。

答：地质环境系统的结构指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。系统的结构具四维性质，包括空间结构和时间结构。

1）地质环境系统的空间结构包括地质背景子系统和人工子系统（包括硬结构和软结构详见课本18-19页）。

2）地质环境系统的时间结构，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。包括硬结构和软结构，具体可细分为：硬结构，地层沉积韵律的变化，岩土体变形的时间过程；软结构，各种物理场的动态变化。

4、试从地质环境系统的结构和功能分析出发思考如何对我国现存的地质环境环境问题进行预防和治理。

答：1）地质环境系统的结构分析是认识地质环境系统的手段，探索系统演化规律的线索，解决地质环境问题的基础。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。地质环境的地质背景和人工子系统之间有着紧密的时空关联。

2）地质环境系统的功能指地质环境系统与外部环境相互联系和作用过程的秩序和能力。可以理解为系统结构整体与环境进行物质能量、信息交换的秩序、功效和能力的描述。系统的功能无好坏之分，只有在与环境相互作用的过程中才能够体现。如：地质环境系统的自净功能；地下水系统的供水功能；地震、水土流失、泥石流、滑坡等。

3）结构决定功能，功能的发挥受系统内部结构的制约。异构同功，同一功能可以通过不同的系统结构去实现。“同一目标可以通过不同的途径去实现”。同构异功，适应不同的环境条件，同一结构能发挥多种功能。结构与功能协同演化，系统功能的发挥，既是结构稳定的条件，又是结构变化的前提。

4）基于系统的结构与功能之间关系，地质环境问题治理的两个基本原则为系统结构的调整（人工直接干预结构）和输入方式的调整（人类自律）。系统结构调整方案的优化——异构同功，切记：不同的结构可以实现同一功能，应寻求设计一些简单、方便、低廉、绿色的结构去代替那些复杂的、代价昂贵的且有后遗症的方案。多功能的统筹管理——同构异功，常常只注意一种功能，却忽略了其他功能的发挥。

第十一讲地质环境系统演化的一般原理

1、在系统科学中如何定义“宏观”、“微观”的时空尺度？

答：对于特定系统来说，宏观指系统的整体发生了改变（时、空尺度较大）；微观指系统内部的某一局部地区发生局部或微小的变化。宏观与微观并不是绝对尺度，随研究对象而变，大时空尺度的微观变化对于小时空尺度的系统而言可能就是演化。所谓宏观是针对系统的全体或者说是指系统的最高层级而言的，微观则是针对最低层级而言的。

2、试举例说明地质环境系统演化中渐变与突变的关系。

答：渐变指其状态的时间序列是连续的，没有间断点，整个时间序列往往具有明显的上升或下降的趋势。渐变的过程中，系统的结构、功能呈现缓慢的变化。伴随着这些变化，出现对人不利的地质环境问题。地质环境的渐变演化符合传统规律，可沿用系统稳定状态的数学方法进行预测。与渐变不同的是，突变前后的整个时间序列在某一处中断，或者说出现断点。突变强调的是变化的瞬间性、骤然性，指的是在可以忽略的时间间隔内完成的系统性质（结构、功能）的突然改变。突变往往引发突发性地质环境问题即地质灾害。地质环境的突变问题具有多解性和难以预测性。目前可行的做法是刻画系统的整体状态、行为、特征的动力学变化，不刻意追究其内部细节的动力学过程。

①渐变与突变可以在同一系统中同时发生

②渐变与突变的相互影响：渐变的过程可能是突变过程的诱因，突变过程反过来又促进渐变过程的发展。

③突变现象具有渐变的阶段：大量研究表明，突变的的发生都有一定的前兆，即存在渐变发展的酝酿阶段，突变之前有一个加速渐变的过程。

3、为什么相关分析、回归分析方法不适用于系统失稳阶段的状态预测？

答：失稳阶段均方差不断增加，大于均值。该阶段系统原有的稳定性遭到破坏，宏观状态具有异常涨落的特点，属于非平稳的随机过程。（详见课本31-34页）