环境地质学理论研究的前沿问题有哪些
⑴ 环境地质科学研究现状
（一）填图
欧盟地区地质填图工作始于19世纪初，随着社会经济发展的需要，地质填图内容不断丰富和拓展。截至目前，欧盟已基本完成了中小比例尺（1∶100万、1∶50万、1∶25万或1∶20万）的地质填图，英国、法国、德国等部分国家1∶10万、1∶5万地质填图已基本完成[65]。在基础地质填图基础上，各国开展了水文地质、工程地质、自然灾害等环境地质调查与填图工作。总体而言，欧盟各国已基本完成了1∶25万或1∶20万水文地质填图工作，1∶20万以大比例尺（1∶10万、1∶5万、1∶2.5万）的水文地质填图情况各国差异很大。
英国于20世纪70年代和80年代系统开展了含水层调查工作，编制形成了全国水文地质图系，包含1∶62.5万—1∶2.5万各种比例尺图件。基于以往水文地质调查资料和钻孔数据，近年来开展了全国1∶5万水文地质图编图工作，目前已基本完成，即将提供给授权用户使用。瑞典除西北山区外完成了1∶25万水文地质填图，人口稠密区和地下水开发区完成了1∶5万水文地质填图，目前正在开展其他地区的1∶5万水文地质调查。捷克2008年编制完成了1∶2.5万水文地质图和工程地质图，并作为全国1∶2.5万地质图系的组成部分，2010年启动了地下水资源重新评价计划，采用建立的模型对全国的地下水资源进行评价。丹麦于1999年启动了为期10年的全国地下水填图计划，调查覆盖全国所有地下水含水层，占全国国土面积的37%，比例尺根据土地利用规划等要求确定，通过大比例尺调查，摸清各含水层结构、脆弱性和地下水质，建立地质和水文地质模型，划分地下水保护区[66]。波兰1995年之前完成了1∶20万水文地质填图，1996～2004年完成了1∶5万水文地质填图，编制完成了包含有1069张图件的水文地质图系，主要反映了水文地质单元含水性能、地下水质、地下水动力学特征、钻孔和相关的灾害等内容。奥地利2003年完成了1∶50万水文地质图编制，2007年完成了1∶20万水文地质图编制；阿尔巴尼亚1974年编制完成了1∶20万水文地质图，1983年完成了第二版1∶20万水文地质图；匈牙利1971年开始1∶1万工程地质调查和填图工作；克罗地亚正在开展1∶10万水文地质填图和工程地质填图工作。
在欧盟层面，在德国政府与联合国教科文组织的共同资助下，由德国联邦地球科学与自然资源研究所牵头，自1960年开始经过50余年的努力，编制完成了1∶150万欧洲水文地质图系，图系由25幅图及说明书组成，覆盖整个欧洲大陆和部分近东地区（图2–8）。1982年，欧共体环境总司组织编制了1∶50万欧洲地下水资源图系，由38幅、148张图件组成，覆盖了比利时、德国、丹麦、法国、爱尔兰、意大利、卢森堡、荷兰和英国等9个国家，包括含水层分布、含水层水文地质、地下水开采、地下水资源潜力等4个主题[67]。2013年，在对1∶150万欧洲水文地质图进行矢量化的基础上，Cornu等人编制了欧洲地下水生境分布图，反映与生物相关的地下水流、含水层孔隙大小和渗透性的空间变化[68]。
图2-8 1∶150万欧洲水文地质图（柏林幅）
（二）监测
2000年以前，各成员国根据各自需要建设环境监测站网，相互之间监测标准不一、内容不一、频率不一、数据格式不一，难以满足欧盟环境政策实施的需要。2000年以来，欧盟致力于一体化环境监测站网建设，统筹部署监测资源，统一监测技术标准，统一为欧盟、各成员国、科学研究和公众提供环境监测信息。经过十多年的努力，目前欧盟形成了由全球环境与安全监测系统、水环境、自然灾害、海洋环境、土壤等监测站点组成的环境监测体系。
全球环境与安全监测系统（GMES）是由欧盟与欧洲航天局共同资助开展的地球观测计划，于2005年正式启动建设，目的是向政府部门、科研机构、企业提供环境污染、水灾、地质灾害、地震等可靠的、独立的环境与安全信息服务。监测系统由遥感卫星与陆地、海洋、大气等监测传感器组成，包括6个主要模块：大气监测、海洋环境监测、土地监测、气候变化监测、应急管理和安全管理。目前，土地监测、应急管理模块已经投入运行；大气监测、海洋环境监测模块进入预运行阶段。2013年，该项目更名为“哥白尼计划”，以扩大地球观测计划在公众中的影响力[69]。
2000年，欧盟发布了《水框架指令》，要求各成员国建设水环境监测站网，按照统一的标准化方法对地表水和地下水进行监测[70]。目前，欧盟共建成57300个地表水监测站和51400个地下水监测站，其中地下水水量（以地下水位为主）监测站28970个、地下水水质监测站34970个，有部分监测站既监测水量，又监测水质。28个成员国中，英国水环境监测站数量最多（12807个），其次是意大利（8311个）、德国（6688个）、丹麦（6085个）。地下水监测站主要分布在中欧地区，而北欧地区分布较少。从单位面积地下水监测站数量来看，最高的是马耳他，每1000km2分布120个地下水量监测站；其次是奥地利（40个）、斯洛伐克（31个）、德国（25个）（图2–9）。
图2-9 欧盟各成员国单位面积地下水监测站数量
在GMES支持下，欧盟于1999年启动了欧洲地形变灾害监测计划。该计划利用永久散射体雷达干涉（PSI）遥感技术，通过距离地球800km处的欧洲航天局人造卫星精确地探测细微的地面运动。基于地面运动监测数据，获得火山、地震、地面沉降、滑坡、采矿塌陷等变化信息，为地质灾害防灾减灾提供准确的数据支持。通过三个阶段计划的实施，目前已查明了欧洲构造运动、沿海低地沉降、滑坡、地下水开采引发的地面沉降、废弃矿山地面塌陷等地质灾害。
根据“土壤保护主题战略”，欧盟委员会于2009年启动了“欧洲流域土壤变化”项目，对以土壤为核心的地球关键带进行长期观测，监测内容主要包括陆地-大气水碳转化、土壤含水量变化、孔隙水化学、地表水—土壤水—地下水转化、土壤长期演化等。
（三）机理研究
基于自然资本的理念，欧盟认为地下水不仅为经济发展提供了所需的水资源，而且作为生态系统的重要组成为经济社会提供了所必需的生态服务：维持地下水位，防止地面沉降；补给地表水；污染物净化与过滤；热能储存介质等[71]。近年来，欧盟地下水科学研究重点包括地下水环境作用、地下水生态系统和污染物污染机理研究等方面。Wendland等基于含水层岩相、水文条件、水动力条件研究提出了欧洲含水层生境分类[72]；Hahn等研究提出了地下水生境分类的层次模型：宏观尺度，群落受生物地理特征影响，中观尺度，受含水层的水文地质条件控制；局域尺度下，群落取决于与地表水的水文交换以及相应的来氧气和营养物的补给[73]；Griebler等针对地下水生态系统状态评估、自然背景值、生物指标进行了研究，提出了地下水生态系统生态评估概念框架[74]。地下水污染方面，重点开展了氮、磷等有机污染研究。Folkard等对英国境内209个供水井中的挥发性有机污染物进行了调查，发现TCE和PCE是最主要的有机污染物；Cavallero等研究发现工业原料和废弃物是造成意大利米兰地区地下含水层严重有机污染的主要原因；Keuskamp等研究提出了欧盟尺度地下水氮迁移转化模型[75]。
欧盟土壤保护专题战略将地质灾害列为危害土壤的8种威胁之一，加强了滑坡等地质灾害机理研究，重点包括滑坡诱发机制与滑动过程研究，不同规模、强度、发生机制的滑坡风险定量评估方法研究，气候变化、人类活动和政策变化对滑坡风险模式的研究，滑坡风险管理策略（包括风险降低措施和预防措施）研究，早期预警系统和遥感监测技术研发等[8]。为了推进不同空间尺度的地质灾害风险评估与区划研究，欧盟实施了安全国土计划，以提高各成员国地质灾害评价与风险评估能力。欧盟委员会联合研究中心对各成员国地质灾害数据库建设情况进行了梳理，认为有6个国家地质灾害数据库可以支持风险分析，有14个国家地质灾害只能支持易损性分析，需要补充大量信息才能开展欧盟层面的地质灾害风险区划[76]。欧盟还提出了综合性地质灾害控制与管理的概念，通过建立综合性地质灾害（地面塌陷、滑坡、泥石流、火山、地震等）预警系统，提升地质灾害应对水平和能力。
2002年欧盟环境行动计划确立了应对气候变化为未来优先发展的目标，并于2009年颁布CO2地质储存指令，有力地推进了CO2地质储存机理与技术研究。近年来，开展了欧洲CO2点源、基础设施以及地质储存的GIS编图，评价了欧洲深部咸水含水层、油气构造与煤层中CO2的地质储存能力。在此基础上，研发了各种CO2的捕获与储存技术，包括从工业能源消耗中分离CO2技术、CO2运输技术、石油天然气田或咸水含水层储存技术。2009年，世界首座燃煤氧燃烧捕获CO2地质储存发电厂示范项目在德国的Spremrg建成运营，所捕获的CO2通过公路气罐车运往Ketzin的研究试验基地，注入地下咸水含水层[77]。
⑵ 环境地质学与地质灾害学研究现状及发展趋势
从学科内容来说环境地质学应研究地质环境的自然地理地质特征及其演化历史和发展趋势，研究地质环境评价和预测，编制环境地质图系，研究地质环境（包括地质灾害）的勘查、监测和防治技术方法，以及合理利用和保护地质环境的对策和措施等。
1）地质环境评价和预测
定性地进行地质环境评价，如综合区域地质地理条件，地壳稳定性，岩土特性，地球化学背景，可能发生的地质灾害，作出分级区划评价较为易行。但是从整体上对地质环境进行系统分析，定量评价地质环境和预测在国内外仍属薄弱环节。现国际地质界开始重视这方面的研究。国际地科联CoGeoenvironment委员会于1994年建立了环境地质指标体系共27种。其内容涉及新构造活动、侵蚀与沉积、风化作用、斜坡稳定性、地下水、土壤质量、地球化学与地球物理参数、自然景观及其它动态要素，这是国际环境地学研究的一项重要进展，为开展区域性长期观测和建立预测模型奠定了基础。同时，委员会还计划开展“地表过程与土地持续利用”关系的研究。
国际上区域环境地质评价的方法有A.Cendrero等提出的自然单元分级体系为基础，基本上是自然地质地理分区，加上半定量化的指标，该方法在西班牙被广泛应用；有经济评估与风险评估方法，以地质灾害和地质问题作为评价主体，用货币值形式表征地质环境质量的优劣及人类活动对其产生的影响。这在美国有较广泛的应用。如加利福尼亚州城市地质总体规划，旧金山湾地区土地潜力定量评价，美国九大自然灾害的风险评价。中国学者采用系统论观点，提出地质环境是一个内部由岩石、土、水三个子环境系统构成，外部处于大气圈、水圈、生物圈、地球内部圈层及人类社会经济系统作用下的开放、动态和人－自然复合系统，以环境地质问题的强度指数，外部系统的影响程度指数和地质环境的质量指数作为量化指标建立了地质环境系统及其评价预测体系，并作出了21世纪初期中国地质环境态势的预测和评价。
2）环境地质制图
环境地质图（系）是环境地质研究成果的图式化，是直观反映地质环境的重要表达形式。为了便于经济建设规划决策部门使用，不仅要求内容科学化，充分反映区域地质环境特征，分析研究不同地区地质环境与人类活动的相互关系，在自然和人为作用下存在的主要环境地质问题及地质灾害，并进行综合评价，而且要求形式简明易读。国内外编制了不同比例尺的综合性或专门性图件，既有全国性的，如俄、美、加、澳、英等国均将其列入国家级中、大比例尺地质图的构成部分，也有一个城市或一个地区的编图。从编图方法看，在传统的地质学编图方法基础上，借助GIS及最新卫星成果，根据不同指标参数用多元统计方法编制数据库，对地质灾害进行预测，意大利、巴西、美国均取得较好的效果。俄罗斯已将1:200万地质生态图（即环境地质图）列为国家新一代地质图系进行填编，并对1:5万地质制图的要求也从以前的两种（地质图、矿产预测图）增加到与1:20万相同的四种，包括了地质生态图在内。现已编制完成14张1:500万生态地质图，反映了全俄生态地质环境现状及人类活动的影响。
中国水勘院1992年编制出版了中国环境地质图系11幅。它们以地质灾害图件为主，其中8幅为滑坡崩塌类型及分布，泥石流灾害，岩溶塌陷，地下水诱发危害，土地盐渍化沼泽化，沙漠及土地沙漠化，土壤侵蚀，特殊类土及危害。另外3幅则为地质自然保护区、旅游地质资源和环境地质分区图。该图系综合评价了不同地区的环境地质条件，反映了主要地质灾害类型形成和分布发育规律，提出合理保护地质环境、开发地质资源的对策建议。
3）环境地球化学
这是环境地学的重要分支学科。其主要研究内容包括微量元素与健康、地方病的关系，煤和有机物等的地球化学对环境的影响，全球环境变化以及分析技术等。通过地球化学填图可获得元素丰度的背景值，为防治地方病提供科学依据。如中国已查明低硒（低钼）的地球化学环境带，它呈NE-SW向，与克山病分布区域基本一致，从而采取相应防治措施，取得显著成效。众多的地学研究者开展了地质环境中氡、锶、氟、汞等元素与流行病、地方病、癌症发病率的关系研究。氡含量与肺癌死亡率的关系在云南个旧地区得到了验证。矿区的氡含量超出一般地区的23倍，死亡人数达千人以上。大部分氡来自花岗岩中铀的衰变。中国通过编制元素环境化学图、浅层地下水地球化学图、地方性氟分布图、胃癌死亡率分布图和大量资料的分析，有力地说明了地质环境和流行病学的关系。近年来，研究利用自然地球化学作用去除有关化学元素，调整环境条件；还有新兴的植物治理法，利用植物（萃取技术、根际过滤技术、重物固化技术）来清洁土壤中的重金属。因此，环境地球化学的成果在当前环境治理的理论与实践中起着极为重要的作用。
4）地质灾害学
由于地质灾害分布广泛，类型众多，其突发性、复杂性及发生规律尚未充分掌握，往往造成严重灾情，引起社会的关注和众多学科，特别是地质科学的参与和研究，因而逐渐形成并提出了地质灾害学的概念，研究内容包括地质灾害的类型划分，成灾条件，致灾作用，地质灾害的监测、预测和预报，地质灾害的防治原则和对策、决策以及风险分析。其中对地质灾害的决策可分为长期、中期、短期的，临灾的和反馈性的。灾害预报的基本方法建立在类比分析、因果分析及统计分析基础之上。
近10年来国内外开展了重点地区的地质灾害测年研究工作。他们应用同位素测年技术：14C法，铀系法，热发光（TC）法，电子自旋共振（ESR）法测定10～3Ma的年轻地质体、活动断裂、古地震、地质体滑动或运动的年龄以及地质灾害复活（发）周期等取得成效。
如何加强地质灾害预测和防治的理论研究，实现灾害地质现象的实时控制和管理决策过程科学化与人工智能化，是一项新的研究内容。中国专家1989年就研制了“地质灾害分类专家系统”。在此基础上又研制了“地质灾害预测防治智能决策系统”。应用这个决策系统可进行地质灾害时空演化预测，危险性区划，灾害经济评估以及减灾防灾对策的选择等工作。在应用于京、津、唐地区岩溶塌陷、地面沉降、海水入侵地质灾害时，证实了模拟的合理性和实用性。
在全国性地质灾害趋势预测方面中国作了重要的探索。1996年编制了1:600万地质灾害趋势预测图。该图运用地理信息系统的风险评价方法对地质灾害（主要是滑坡、泥石流、岩溶塌陷、地裂缝）进行现状评价；在此基础上，结合降雨条件，区域地震活动，区域地壳稳定程度，区域岩组条件和人类工程活动等因素，运用模糊综合评判模型进行综合评判，划分出地震灾害高、中、低风险区，这对国土整治和减灾防灾有重要意义。
对于地质灾害的评估也是地质灾害学的重要研究内容之一。“八五”期间中国研究建立了灾情评估计算机系统。该系统根据地质灾害勘查与管理需要，将灾情评估分成3种类型：以独立灾害体为对象的点评估，以小面积行政自然区为对象的面评估和以大面积行政自然区为对象的区域性评估。根据灾情构成，将地质灾害评估内容和步骤分为4个方面：危险性评价，易损性评价，破坏损失评价，防治工程评价。应用该系统针对崩塌、滑坡、泥石流、岩溶塌陷、地面沉降、地裂缝、海水入侵、膨胀土胀缩等8种地质灾害进行了研究，为决策部门确定灾害防治对策和管理提供了依据和方法。国际上自1990年开始制定了“国际减轻自然灾害10年”（IDNDR）计划，其中对于灾害定量化的研究是减灾科学中重要的问题。
地质灾害经济评价方面的进展：在开展地质灾害的勘查、监测和防治时，都涉及到经济活动或经济现象，需要作出合理的经济评价。但国内外目前尚缺乏可供借鉴的系统理论、方法和经验。目前在灾害经济评价中采用了价值评价法，还有效益评价法、机会成本法等，为制定和选择防治灾害最优决策方案提供可靠的经济依据。“八五”期间中国学者提出了地质灾害经济评价系统。它包括灾害风险评估（单项和综合地质灾害风险预测及评估，以及危险区预测和评估）和灾害经济评价（防灾方案技术经济评价，含防灾效益评价以及灾害损失经济评价）两部分，其中一系列技术方法的应用具有实用意义。
5）地质环境与地质灾害的勘查、监测和防治
对在人类工程经济活动影响下的地质环境和灾害进行勘查，并对其变化动态进行长期有效的监测，是研究保护地质环境和防治地质灾害的重要依据。不少国家开展对主要地质灾害勘查、监测和防治方法技术的研究，取得重要进展。中国已在各省、市建立了地质环境监测站网，在勘查技术新方法方面有遥感、高分辨率地震、高密度电法、土壤测氡等，并研制了218Po测氡仪和微机音频大地电场仪等两种新型勘查仪器。这种新的勘查技术方法和仪器对调查地面岩溶塌陷、地裂缝、活动断裂、隐伏溶洞、潜在的地质灾害有明显效果。
实践证明，遥感技术和GIS应用于地质环境和地质灾害的监测、管理有广阔前途。加拿大用最新发射的Radarsat最新数据研究环境地质问题。美国学者用雷达研究地壳形变、火山监测、新构造运动取得好的效果，中国学者用大量影像资料展示出煤层自燃火区地质灾害的情况。在第30届国际地质大会上，美、日学者报告了红外遥感技术，德国介绍了用高空间分辨率星载传感器在地质中应用的成果，荷兰将遥感用于灾害预防、防灾准备及减轻灾害3个方面的成果，这些都代表了当前国际上的研究水平。在地质灾害监测新仪器方面中国最近研制了地声监测器，滑坡诱发因素监测仪器，遥控边坡稳定性监测仪器和滑坡自动报警仪器4种类型，为采用多参数、多因素监测灾害发生提供了手段。地声监测对崩塌、滑坡孕育初期十分有效；滑坡诱发因素主要监测滑坡体内土壤含水率，孔隙水压力及土体温度；遥控全自动边坡稳定性系统可同时监测72个点上的滑坡地表位移或孔内位移；滑坡自动监测报警系统则监测滑坡位移参数，有16个通道，位移超过门限值时即发出声、光报警信号，其中一些仪器达到国际先进水平。
地质灾害治理新工艺新设备方面，研制成功MD-50型锚杆钻机，具有多用性，有钻进复杂岩层和处理事故的能力，可用来治理滑坡。此外还有扩底承压式预应力锚索，这是加固崩塌、滑坡体的重要治理工具。
⑶ 环境地质学研究进展
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。
⑷ 环境地质学的研究主题
(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。
⑸ 环境地质学的研究领域
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。
环境地质学主要是在地质科学基础上发展起来的介于地质科学和环境科学之间的综合性边缘学科。
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。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。
火山爆发 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，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。 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： 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。
⑹ 环境地质学主要研究哪些科学问题
环境地质学属地球科学，是应用地质学和地理学原理，合理利用地质资源，改善人类生存环境的一门学科，是一门介于地质学、地理学和环境科学之间的科学。
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。
⑺ 环境地质学的研究方法
通过对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、氟中毒等疾病的地区分布与某些环境地质因素相关，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节中的运动规律，有利于揭示人体健康与地质环境间的内在联系，以及这些地方病的病因。
再如，通过对工业污染物的追踪研究，可以发现污染物由于地表水的灌溉经过土层渗入地下水的途径。此外，评价大气颗粒物对环境质量的影响时，也要应用矿物学的方法，即不仅要考虑它们的浓度，而且要研究它们粒径的分散度、形态特征、矿物和化学组分特征。 在环境地质学的研究中，为了确定各种环境要素之间的关系，综合分析影响环境质量的地球内力、地表外力和人类活动三种营力之间的相互作用统一宏观研究与微观研究的结果，必须应用现代数学原理和计算方法。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。
为解决人类环境问题而发展起来的环境地质学在基础理论和研究方法上带有地学、生态学、物理学和化学等学科相互渗透、融合的特色。但环境地质学仍然是以地质学作为学科基础的。
⑻ 地质-生态学研究存在的问题与主要发展趋势
一、地质-生态理论认识和体系的形成
国际上现阶段地质-生态学研究与环境地质研究有相当程度上的相似性，但已经逐步体现出其研究特色，并有逐渐强化地质生态研究的发展趋势。但到目前为止相关研究成果还不够丰富，还不能认为系统的地质生态学作为独立学科已经建立。许多理论问题和应用技术方法尚不够完善。由于社会需要的推动，地质-生态学作为新兴的交叉学科发展方向，正在逐步成为研究热点和活跃点，但其内涵和研究范畴还没有形成广泛共识，地质生态指示性指标的研究、多目标的评价技术方法、地质生态设计与治理系统工程技术等许多方面需要进一步研究。
虽然地质-生态学作为一门独立存在的学科尚未成立，但作为一种学科交叉现象具有很大的发展空间，将来能否产生独立的地质生态学科，取决于能不能取得合理的、有广泛认可的学科定位。但无论形成独立学科，还是保持学科交叉的混合特色，都需要就其理论基础、研究范畴取得一定的共识，否则又会出现如同环境地质学形成后的“广义”概念与“狭义”概念的争论，难以在学科认同上统一。因此，需要对地质-生态理论认识和学科体系进行研究和讨论。
卢耀如先生将地质-生态环境的研究方向根据目的的不同分成如下几个方向：
综合性研究方向：该方向主要研究地质-生态环境的演变，需要在探索自然界存在的有利与不利这两方面的条件与因素的基础上，密切结合人类活动影响与工程效应，而加以综合的研究，这是研究地质-生态环境的最基本的准则与最重要的研究方向。
全球性的研究方向：地质-生态环境问题涉及到地球的自然演化、各种灾害的发生与发展，以及人类活动对环境的效应，这样，就需全球性的研究方向。
宇宙性的研究方向：对地球这一生态系统的演化与起源还不很了解，所以应用现代科学技术以研究宇宙中星球，特别是太阳系的起源和演化，这对探索和研究地球自身的形成与演化，也是非常主要的研究途径。
石建省认为，地质-生态学的系统发展应考虑在如下几个方面推进：基础地质-生态学理论研究、区域地质-生态学与比较地质-生态学研究、实验地质-生态学研究、专门地质-生态学（脆弱带地质-生态学、农业地质-生态学、城市地质-生态学等）研究、地质-生态经济与规划研究、地质-生态系统控制研究与工程实践。
二、地质环境-生态系统相互关系研究和剖析
水-土-生态三大要素（三个子系统）的存在形式、利用现状、形成演化规律、要素之间的相互作用以及对人类社会经济发展的制约和影响是地质-生态研究的主要对象。但目前对地质要素的生态意义和生态保护的地质依据都缺乏系统和科学的认识。地质环境-生态系统的相互作用应是地质-生态学研究的重要内容。
以地下水为例，以往的水文地质研究主要揭示地下水的来源、运移演化规律，地质-生态学研究则要探讨水对生态系统的控制，即“生态水位”的问题。“生态水位”是维持区域生态系统稳定所需的地下水位区间，高于这个水位区间上限临界值，地表土壤就会发生盐渍化，低于这个水位区间下限临界值，就很容易触发沙漠化。但这一水位区间又是一个复杂要素集合的函数，同时是一个时空动态变化的函数，它受到地质结构、地貌单元、气候条件、土壤类型、种植结构、植物种群特性、人为影响程度等的影响，需要进行系统相应分析。
三、地质一生态指标体系研究
脆弱性判别的实施是建立在利用科学的指标体系对脆弱地质生态环境进行结构表述的基础上的。指标体系选取指标的原则是以最少指标达到完整描述系统特征的目的，既要谋求科学性原则、完备性原则和独立性原则，大致需要如图10-3的步骤。
图10-3地质-生态指标体系的选取过程
地质-生态指示性指标体系的筛选是进行地质-生态分析的基础和关键，也是目前研究较少，需要予以重视的主要方面。国外曾经组织过国际间合作计划，集中探讨了为多目标可持续发展服务的“地质指示指标”筛选问题，并认真分析了这一问题的复杂性和深入研究的必要性，在他们的初步成果中，提出如下地质指示指标：珊瑚化学和生长方式、沙漠表面结皮和裂缝、沙丘的形成和再活动、尘暴的规模/延时和发生频率、地表冻融作用、冰川波动、地下水水质、非饱和带地下水化学、地下水位、岩溶作用、湖泊水位和盐度、相对海平面、堆积物层序和成分、地震、海岸线位置、边坡失稳（滑坡）、土壤和堆积物侵蚀、土壤质量、溪流、水流、通道形态、水流堆积的存储和运载、地下温度体系、表层转运、地表水水质、火山活动、湿地的扩张/结构和水文学、风力侵蚀，并且认为一些其他指标也应考虑在内，如：地磁场及其他地球物理参数、岩石应力状态、岩石风化、岩石-微生物相互作用、土壤/粘土膨胀、地表过火、湖泊/海洋堆积物的放气作用、非可再生资源指标等。这些成果的研究思路值得借鉴，但它的目的和对象与本文所要讨论的并不一致，尚需进一步研究总结。
四、尺度问题和时空演化研究（古地质-生态学研究）
由于地质-生态系统的复杂动态特征，在研究中必须注意其尺度效应，重视时空演化分析，加强对古地质-生态特征的研究，用地质历史演化的眼光看待我们目前的地质-生态状况。
1.尺度效应问题
自然过程和人为作用，都是在一定的空间和时间尺度内发生的，在不同的尺度上，其表现和描述的特征具有明显差异，描述其特征的指标也不一定一致。所以必须注意尺度问题。在上述分析中（见表10-1），曾论述过在不同区域尺度上控制地质-生态脆弱性的主导要素的不同，如在大的区域范围内，主导要素是大地构造单元，而在局部区域范围内，主导因素可能是气候条件和地貌单元等。同样，由于几十年来地质-生态环境的巨大变化，其时间尺度的对比也应高度重视，把不同年代的资料混合起来作为现状分析是不科学的。
2.时空演化研究方法
动态复杂系统的研究，要立足于几个基本观点：系统的观点，综合的观点，信息的观点。采取如下策略：
“以静表动”：抓住时空演变中有限个特征时期的静态状态，达到系统描述其动态特征的目的；
“由点到面”：突出深入研究空间中具有典型意义和带动作用的若干个点上的特征，来刻划面上的轮廓和规律；
“将古论今”：通过系统研究地质时期的地质-生态演化，认识当前所处演化阶段，推测其自然发展趋势，结合人为影响的强度，预测系统的变化趋势；
“时空融合”：将时间上的认识和空间上的认识集合起来，利用现代信息处理技术，进行时空总和分析和建模研究。
主导研究方法包括：实验、监测、调查与3S技术相结合。
3.古地质-生态分析的重要性
“将古论今”是地质-生态研究的重要手段。由于我们所处的自然环境是地质演化过程的阶段性表现，其今后发展趋势必然首先受制于地质演化规律，我们对现今地质-生态系统的认识也是非常零散的，很难形成时间序列，从而建立演化规律的认识。因此，开展古地质-生态研究显得格外重要。
五、脆弱带地质-生态系统研究
对地质-生态环境的认识是复杂的系统科学问题，涉及具有动态结构的多维信息体，尤其是脆弱地质生态环境的敏感性特征，决定了需要对多因素关系及其易变性进行研究，这种多因素关系构成“链式”结构，一种因素的变化可以触发相关联的其他因素发生变化，并且具有明显的临界值。认识地质生态环境的复杂性、“链状”关联结构是对其特征进行表述的重要前提。
确定描述这些内容的指标体系、分类标准、参数获取方法和精度控制要求是重要的前期工作，需要专门开展研究。赵跃龙认为，脆弱生态环境的成因，包括自然因素和人为因素两个方面，自然因素又分为地质脆弱因子、地貌脆弱因子、气候脆弱因子、水文脆弱因子，人为因素主要是不合理开发利用资源和环境产生的影响。但这些因素的脆弱表现和具体指标，特别是地质脆弱因子的表述研究的还十分不足。
对脆弱地质-生态环境进行评价的关键是脆弱性判别。这种判别体现在不同空间和时间尺度上，服务于不同的目的。单指标脆弱性判别一般适用于小的空间尺度和比较具体的服务目标，而综合脆弱性判别主要适用于较大空间尺度和多目标综合需要的判别，如脆弱地质生态环境对区域经济发展综合影响程度的判别。
六、地质-生态系统评价方法模型
1.地质-生态系统研究步骤
从研究阶段和程序上看，地质-生态系统研究的步骤见表10-2。
表10-2地质-生态工作划分与工作方法
2.地质-生态研究的方法体系
在地质-生态研究中，除了需要把3S技术与传统工作方法有机结合，大规模采用野外原位测试快速取得信息等技术支撑条件外，在多源信息综合评价过程中需要采用许多数学计算方法，通过这些计算方法及其组合应用，对地质生态类型做出量化判别，对地质生态状况做出综合评价。这些方法主要包括：
（1）加权综合指数法。根据实测值和评价标准求取分指数，然后由分指数计算总指数。计算综合指数的方法有叠加法、均方根法、权重法等。
（2）模糊综合评判。利用地质生态环境质量分级中间过渡的模糊性，按不同分级标准通过建立隶属函数在闭区间[0,1]内连续取值来进行评价。
主要步骤有：对单项指标分别建立隶属函数，求出隶属度；建立模糊关系矩阵；计算各因子的权重；进行模糊聚类，综合评判，取聚类系数最大者为该评价点所属级别。
（3）灰色系统分析。基于地质生态环境系统的灰色性，考虑多因子的综合影响，利用灰色系统理论进行因子之间的灰色关联分析、灰色聚类（等斜率法、倍斜率法）、灰色预测、灰色控制等操作。
（4）层次分析（AHP）。AHP是一种系统工程方法，它根据各类指标及各类指标诸因子在环境中的相对重要性，经过层次结构、构造判断矩阵、层次单排序、层次总排序、一致性检验等步骤，分别算出指标之间的相对重要性，以此作为“权”。
（5）有限元与有限差分。进行参数场模拟和环境稳定性分析，在参数比较充分的情况下可以使用有限元等数值法。通过分析调研、模型抽取、模型建立、模型计算与检验等步骤进行分析应用。
（6）神经网络模型。可以应用误差反向传播人工神经网络模型（B-P网络）。它包括有多个节点的输入层（多要素）、多个节点的中间层（相互关联）、一个或几个节点的输出层组成。利用该模型解决地质生态环境评价分析中的模式识别和系统辨识问题。人工神经网络理论通过对代表性样本的学习自学习、自适应，掌握事物的本质特征，易于作出客观、正确的判断。B-P网络的学习过程就是一个网络权系数的自适应、自调整过程，通过反复训练后，网络具有对学习样本的记忆、联想的能力。
（7）分形计算。地质生态环境系统中的一些分析对象，可能具有自相似性几何特征，而且这种自相似性可以用分数维（D）来表示。
（8）多元统计分析。统计分析是常用、成熟的计算机数值处理方法，考虑到本系统对统计分析的要求，将在系统开发中融入必要的数据处理和回归分析功能，如一元线性回归分析、多元线性回归分析、逐步回归分析、平滑与拟合、主成分分析、排序等。
（9）人工智能与可信度分析。地质生态环境系统的不确定性决定了在分析过程中需要一定的非确定性专家知识的支持，需要以决策支持系统的思路，通过人机对话方式进行智能处理。一些模型运算结果或中间处理过程需要进行可信度分析。
3.综合地质-生态模型分析体系
（1）农业地质-生态适宜性分析模型。农业是我国最重要的基础产业，随着人口增长，经济发展，国家对农业的发展越来越重视。农业地质生态作为地质生态环境研究的重要方面，主要研究农业生态与地质环境的相互关系，研究开发农业地质资源及其利用、改造和调控的措施，研究农业地质生态环境污染与防治、农业地质灾害防治及农业地质环境区划等问题。
作为农业地质-生态分析的辅助分析工具，本模型应提供一系列分析方法，使用户能够对所研究的区域农业环境问题的各种影响因素进行分析，尤其是对表层地质结构、岩土元素地球化学、生物、水文地质特征等与农业生产的关系进行系统分析，取得对控制性因子的认识。然后选择综合评价方法，进行农业地质生态适宜性综合评价，生成适宜性分区图。
（2）地质-生态质量综合评价模型。地质-生态质量综合评价是一个复杂的分析过程，由于地质生态环境系统的复杂特点，难以用一种统一的方法和规范的计算过程进行评价。从实际需要的灵活性出发，这方面的模型分析采取优化组织的方法集合方式，通过与信息系统数据库和图形库的紧密连接，以人机对话方式由用户选择模型运行机制、计算方法、参数提供方式、结果输出方式与流向等，进行模型实际运作。
（3）区域地质-生态环境承载力分析研究。区域地质-生态承载力表征模型与求解；区域地质-生态承载力综合评估；区域地质-生态承载力饱和度；区域地质-生态综合敏感度与触发因素分析。
（4）土地质量退化与侵蚀控制分析模型。