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工程地質的國外研究現狀

發布時間: 2021-03-03 04:58:11

Ⅰ 國外研究現狀及進展

1.3.1.1 深斷裂與成礦

前蘇聯的M.A.法沃爾斯卡婭、И.H.托姆松和美國J.庫廷納等強調線性構造帶和深斷裂對成礦的重要控製作用[38]。主要是一些區域性的線性構造,包括深斷裂或深部構造在地表的反映,組成區域性的聚礦構造帶,具有全球性和深成性等特點,是地殼上一個高滲透帶,多呈經向或緯向分布。這些深斷裂不受大地構造單元的限制,可以穿切不同的大地構造單元,甚至在海上和陸上聯成統一的構造體系。

聚礦構造帶的主要標志是發育深斷裂帶、岩漿雜岩帶。沿聚礦構造帶伴隨多期次的岩漿活動,構成一些岩漿雜岩活動中心和礦化中心,由於構造帶每次活動下切深度不同,因而成岩成礦特點也有不同。

區域上主要的內生礦化特別是組分復雜的大型、特大型礦床,都集中在聚礦構造帶與其他線性構造的交匯處,尤其是不同級別、期次斷裂構造的交叉點上,是礦帶中礦結、礦田有利分布區。

J.庫廷納對美國西部內生礦產研究表明:西太平洋底有一些緯向深斷裂延伸到大陸基底,其中重要的是門多西諾(Mendocino)、默里(Murray)及先鋒(Pioneer)深斷裂,它們與其他方向線性構造的交叉點是銅、鉛鋅礦的產出部位[39]。E.拉德克維奇、И.H.托姆松和M.A.法沃爾斯卡婭等對蘇聯外貝加爾和遠東多金屬礦帶的研究表明,基底構造中的隱伏斷裂在上部構造層中表現為密集的線性裂隙帶,一些大礦集中在聚礦構造帶與NE、NW、SN三個方向斷裂的交叉點上[40]。據И.H.托姆松的資料[41],美國西部幾個重要成礦帶,大礦也集中在NE向與緯向構造的交叉點上。在南美安第斯山有五個聚礦構造帶,控制著秘魯、智利、玻利維亞和阿根廷境內的銅、錫和稀有金屬礦床。

1.3.1.2 板塊構造與成礦

國外對於巨型構造與成礦作用的研究,目前最流行的是板塊構造與成礦[42]。以H.A.Hess、A.H.Mitchell、R.H.Sillitoe為代表,提出了全新的板塊成礦理論體系[43~51]。這一成礦理論體系,能較好地解釋了山東膠東金礦主要成礦動熱地質背景,也就是太平洋板塊運動對歐亞大陸中生代地質變革與演化起著極其重要的作用。

(1)太平洋板塊運動對中國東部地體的影響

太平洋板塊運動對中國東部地質構造演化的影響深遠。上田誠也[52]研究提出主要有三個階段的演化(S.Uyeda,and A.Miyashiro,1974):早期階段約120 Ma,大洋中脊正靠近亞洲大陸;第二階段90 Ma,洋脊緊靠大陸,庫拉板塊俯沖,大陸板塊厚度減薄,火山活動增強;第三階段約40 Ma,洋脊俯沖在大陸板塊之下,厚度減薄,大陸板塊靠近海一側破碎移動,日本島弧形成。總之,太平洋板塊由東南向北西向歐亞大陸俯沖。中國東部處於壓扭性應力場環境,上部地殼以左旋平移構造為主。太平洋中脊逐漸靠近大陸,以較大的角度向日本島俯沖,出現三波川高壓低溫變質帶[53,54],日本島火山活動加強。北部為庫拉板塊,南部為太平洋板塊,由於太平洋內有兩條擴張脊,南部沒有消減帶,迫使庫拉板塊高速度消減於亞洲大陸之下,溫度升高,地幔物質融熔並上涌,大量花崗岩侵位。這時板塊運動受到來自大陸北西向的對抗擠壓,致使出現了NE-NNE向壓性左旋平移構造體系;在郯廬斷裂帶以東地區有向北平移的現象,太平洋板塊俯沖在中國東部大陸地殼下(120 Ma)。

與板塊活動相應的地質構造特徵,以NE-NNE向壓扭性左旋剪切斷裂為主體。在中國東部出現一系列大陸隆起、坳陷和左行平移帶。規模巨大的郯廬斷裂東側發育著北東向褶皺和斷裂,它們以北東向為主,和郯廬大斷裂以小角度斜交,包括三山島斷裂、焦家斷裂、招平斷裂等,這些斷裂具有控、容礦構造之特徵[55]

(2)板塊運動與成礦作用

鮑曼(Boman,1987)提出板塊運動演化與成礦作用主要有四個階段[42]:早期地拱-裂谷階段,主要形成超鎂鐵質岩、暗色岩、深源岩石及有關礦產,如金伯利岩金剛石礦,金-鈾、鉛鋅礦床等。第二階段,大洋中脊及大洋板塊擴張階段,形成大洋拉斑玄武岩建造、蛇綠岩套,相伴礦產有塞普勒斯型塊狀硫化物礦床,「黑煙囪」鉬-鋅礦床。第三階段,俯沖消亡階段,大洋板塊消亡於大陸殼下,大陸板塊增生,洋殼及地幔楔在大陸下部分熔融,發育巨大規模構造-岩漿帶,伴生有重要的金屬礦產,有銅、金、鉬、鉛、鋅等。第四階段,地殼固結成穩定地塊階段,這個時期會出現隆起和坳陷相間格局,該階段存在時間可能較短;由於地幔物質上涌,地拱-裂谷作用再次活化,又回到裂谷作用階段。

(3)大陸內部熱點成礦作用

大陸內部熱點及其附近的火山作用和深成岩漿活動,通常以富含鹼質並具有環形構造發育為其特點,噴出岩以流紋岩為主,含少量粗面岩,有時尚見玄武岩,侵入岩有碳酸鹽岩、過鹼性花崗岩、不飽和鹼性岩。據Burke和Dewey[43]的研究,在大陸裂谷發育之前,地幔柱的上部有不少非造山型花崗岩體侵位。Sillitoe[49~51]指出,有些錫礦床的形成與該類花崗岩有關。廣泛被引用的實例是奈及利亞約斯高原的錫礦。在巴西與地幔熱點有關的含錫花崗岩產於朗多尼亞的花崗岩體中。據普里姆(Priem)等研究,它們均屬產於穩定克拉通內部的非造山岩體。

(4)大陸裂谷及拗拉槽的成礦作用

裂谷是地球表面的重要構造現象,它是在引張背景下形成的斷陷帶,由於地幔上隆而形成主動型裂谷,也可由於應力場中的不均衡拉張形成被動型裂谷。沙茨基(1947)曾注意到,蘇聯許多地塹的端部常呈高角度與造山帶銜接。Burke&Dewey[43]認為,許多元古宙和顯生宙的地塹,與東非裂谷系有著相似的成因,它們是未能發育成洋盆的夭折裂谷。裂谷帶不僅有獨特的岩漿岩組合和沉積建造,而且還賦存特殊的礦產,較重要的類型有:①碳酸鹽岩中的礦化;②鹼性雜岩中的礦化;③含Cr-Ni-Pt-Cu礦化的裂谷帶基性、超基性岩體;④斑岩型鉬及銅-鉬礦床;⑤層控的銅礦床;⑥層控銀-鉛-鋅礦床。

1.3.1.3 走滑斷裂與成礦

眾所周知,走滑斷裂是標志大陸地殼水平運動最好的典型構造之一。自1913年Reid等提出走向滑動斷層以來,對於走滑斷裂在地殼表層的變形和動力學研究已趨完美,例如表示走滑斷裂的構造型式的雁列褶皺、拉分盆地,表現純剪和簡單剪切的斷裂系統等。20世紀80年代以來,隨著岩石圈動力學GGT大斷面研究成果的積累,使走滑斷裂在地殼深層次圖像及其動力學方面的研究成為可能,並提出著名聖安得烈斯走滑斷裂底部可能是一拆離帶[56,57],與之有關的礦床有鉛鋅礦、銅礦和銀金礦。中國東部GGT地學斷面的成果也支持了與郯廬斷裂帶相連東側存在多層低角度拆離帶的認識[7,58],與郯廬斷裂帶呈「入」字型相交的次級構造是金礦賦集的場所,而在其內部與同構造期相伴的岩漿-火山活動則發育有銅、鉛鋅礦化,它與走滑斷裂的成生具有一定的聯系。沂沭斷裂帶與膠西北地區多級「入」字型NNE-NE向構造的交匯部位,構成了膠西北大型、特大型金礦富集區多級構造控礦格局。

地質災害易發區國內外研究現狀

4.1.1 國外現狀

由於研究的地域范圍不同和對地質環境認識的差異,國內外研究者對地質災害易發區的理解也有不同。

國外對地質災害敏感性評價類似我國的地質災害易發程度評價。美國災害敏感性評價以地質、地形條件和以往發生的災害空間分布情況為依據進行評價(Nilsen,1977;Shek,1977;Carrara,1983,Brabb,1984,Brand,1988;Cross,1998等)。美國地質調查局在《美國國家滑坡減災戰略——減少損失的框架》(2003)中認為,可供規劃和決策使用的滑坡編目和滑坡敏感度圖對全國滑坡多發區是絕對必要的。

歐洲國家在阿爾卑斯山較多地開展了滑坡敏感度和危險性評價,並把評價結果應用於滑坡災害的減災管理。義大利P.Aleollt(2000)採用GIS技術對義大利北部阿爾卑斯山前緣的Piedmont地區的滑坡、洪水、雪崩、山谷口堆積等災害的敏感性、危險性及總的風險進行了區劃性制圖研究。A.Car-rara,M.Cardinali和F.Guzzetti等(1991)利用GIS技術將統計模型應用於義大利中部某小型匯水盆地的滑坡敏感性和危險性評估。亞洲國家,如日本、韓國在一些滑坡地質災害多發區也開展了滑坡敏感度和危險性評價,H.Haruyama和H.Kawakami(1984)利用數學統計理論對日本活火山地區由降雨引起的滑坡災害進行了敏感性和危險性評價,Saro Lee對韓國的一些地區分別應用多元統計和神經元網路模型進行了滑坡災害敏感性和危險性評價。一些國家,如澳大利亞直接開展斜坡地質災害風險評價,其中敏感性和危險性評價是其基礎,如M.Michael-leiba等(2000)在澳大利亞的一項城市發展規劃項目的斜坡地質災害研究中,把斜坡災害的敏感性、危險性、易損性、風險評價作為一體,以GIS軟體為技術平台,分別採用平面和三維評價系統,對Cairns地區進行了斜坡地質災害的敏感性、危險性和風險評價。Mario Mejia-Navarro和Ellen E.Wohl(1994)在分析哥倫比亞的Medellin地區滑坡、泥石流等斜坡不穩定性引起的區域地質災害敏感性和土地及生命易損性的基礎上,利用GIS技術將兩者合成製作了風險評價分區圖。

4.1.2 國內現狀

進入21世紀以後,在原有研究的基礎上,我國在全國范圍內有計劃地開展了全面的地質災害調查與防治,積極吸取國際地質災害防治研究的先進方法,並公布實施了《地質災害防治條例》,將地質災害易發區的研究納入了國家法制的軌道。

1)1999年以來,在全國地質災害嚴重區開展了以縣(市)為單元的「縣(市)地質災害調查與區劃」工作。調查災種為崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地裂縫等,截至2005年,共進行了700個縣(市)地質災害的調查與區劃工作。中國地質環境監測院已完成545個縣(市)信息系統的集成和綜合研究。

在各調查縣(市),根據野外調查的結果和地質環境資料,結合災害點和災害隱患點的密度,劃分地質災害易發區並編制「地質災害分布與易發區圖」是其主要任務之一。《縣(市)地質災害調查與區劃實施細則》明確指出「地質災害易發區」是指容易產生地質災害的區域。基於地質災害現狀,地質災害易發區可劃分為高易發區、中易發區、低易發區和不易發區四類。

2)從2002年開始,各省陸續開展了分省地質災害防治規劃工作,主要依據1∶50萬環境地質調查和縣(市)地質災害調查成果,對省內地質災害易發區進行了初步劃分,22個省編制了分省地質災害易發區圖(1∶50萬~1∶200萬)。

3)張梁等(2002)將地質災害易發區表述為地質災害危險性評估,並認為地質災害危險性(易發程度)評估就是研究不同地層單元組合、區域地質構造單元特徵、地形地貌條件下的區域地質災害規律,以及氣象、人類活動方式條件下的區域地質災害誘發規律和時間活動規律。前三類因素是決定地質災害區域分布規律的背景因素組合,這些因素具有空間上的分布規律,而且隨時間的變化性極小,屬於穩定型的控制因素,是地質災害易發程度的背景條件。後兩類因素屬於地質災害的觸發因素,隨時間的動態變化較大,它們與背景條件的組合狀況決定了地質災害的時空規律。

4)岑嘉法(2003)認為,地質災害易發區是指地質環境條件脆弱,具備發生地質災害條件,容易產生地質災害的區域。如在地球內動力作用強烈地區(高地震烈度區、活動斷裂區、區域構造交會處等)、地球外部營力作用強烈帶(如暴雨中心區、河流侵蝕帶、岩土體鬆散分布區等),以及人類工程經濟活動劇烈地區(如人口密度大,工業、農業、城鎮、交通建設強度大區)等。只要有觸發因素,即可產生地質災害。該區的確定,主要通過較大比例尺的環境地質與災害綜合調查後實際圈定,經濟建設與工程安排應盡量避免在易發區內。如果需在易發區內建設,要進行工程項目地質災害危險性評估工作。對工程建設作出地質災害現狀、工程建設可能誘發或加劇地質災害的預測和綜合評估,並提出地質災害防治措施對策。現進行的縣(市)地質災害調查與區劃,就是要實地圈定地質災害易發區范圍。

5)劉傳正等(2003)提出的「潛勢度」是某一地區在沒有任何降雨、地震、人類活動等情況下發生地質災害的潛在條件的量化指標,具體是指地質災害基礎因子(地形地貌、地表植被、地層岩性和地質構造)與響應因子的綜合表現,並編制了三峽庫區地質災害潛勢度、危險度等圖。

6)全國山洪災害防治規劃編寫組和水利部長江水利委員會進行的山洪災害易發程度評價,是利用各省(區、市)1∶50萬或1∶100萬泥石流、滑坡分布圖,以泥石流、滑坡的「線密度」和「規模」所反映的「可能成災點」的多少進行評價,即「可能成災點」越多,災害易發程度越高;「可能成災點」越少,災害易發程度越低。在參考相關部門成果及進行實地調查的基礎上,以小流域為單元,劃分出了泥石流或滑坡災害高易發區以及中易發區和低易發區。各區的劃分具體指標如表4.1所示。

在上述工作的基礎上,編制各省(區、市)1∶50萬或1∶100萬山洪誘發的泥石流、滑坡災害易發程度分布圖。該圖除反映泥石流、滑坡災害的易發程度以外,還通過編繪地形坡度分區和地層岩性分區,標示地貌區劃和區域構造形跡,綜合反映了由山洪誘發的泥石流、滑坡災害易發程度區劃與地形地貌、地層岩性及地質構造的相互關系。從而可以通過圖件,分析出不同區域地質背景與地形地貌條件下,泥石流、滑坡災害高、中、低易發區的分布規律。並以此進行逆向校核、修正,使泥石流、滑坡災害易發程度區劃圖更為科學、合理、可靠。

表4.1 山洪誘發泥石流、滑坡災害易發程度分區標准

7)2003年11月,我國國務院公布了《地質災害防治條例》(中華人民共和國國務院令第394號),並規定2004年3月起施行。該條例要求「實行地質災害調查制度」,並在此基礎上編制地質災害防治規劃,規劃所包括的5項內容之一就有「地質災害易發區、重點防治區」。2004年頒布的《地質災害防治條例釋義》進一步明確指出,地質災害易發區,是指具備地質災害發生的地質構造、地形地貌和氣候條件,容易或者可能發生地質災害的區域。地質災害易發區必須經過地質災害基礎調查才能劃定。易發區是一個相對的概念,並且可按照災害種類劃定,不同災種其易發區范圍不同。

Ⅲ 國內外研究現狀與趨勢

(一)美國百年地下水開發利用史的啟示

美國是開展地下水可持續利用性研究比較早的國家。早在1883年美國學者Chamber⁃lin即出版了《自流井》,首次論述了自流井的成井條件和開發理論。1897年Iowa州地質調查局Norton在《Iowa自流井》報告中首次使用「含水層」理念。Todd於1900年提出,過多的自流井將導致自流水量衰減。1923年Meinzer出版了《美國地下水形成與理論探討》和《地下水文學概要》,系統地總結了水文地質學的研究工作和理論進展,同時首次對全國地下水資源進行了定性評估,闡述了美國地下水發生、補給、排泄、徑流、數量、質量、開發利用等各個方面(陳美貞,2006;陳仁升等,2003)。1935年Theis提出非穩定流理論,使許多實際問題得到較好解決。

在地下水開發方面,人們開始意識到地下水資源是有限的。20世紀30年代Tolman及同事發現了地下水開采所引發的海水入侵和地面沉降現象。20世紀60年代中期,以州為單位先後進行了各州地下水資源調查和均衡法地下水資源評價。1963年McGuinness總結了各州及地區地下水資源評價研究成果。

1977年美國發生了特大乾旱,1978年美國地質調查局(USGS)啟動了「區域水系統分析項目(RASA)」,歷時近20年,調查和研究了全國28個以流域為單元的水系統,採用三維有限差分地下水流數值模型,模擬地下水開發前後地下水動態變化,並於1990~2000年期間編制出版了各個水系統的地下水圖集(比例尺為1:250萬~1:10萬)。

目前,美國的地下水開采量占總用水量的 20.7%。其中,98.3% 的家庭用水、57.4%的牲畜用水和41.5%的灌溉用水都依賴於開采地下水源供給,而且對生態環境的改善和保護意識也越來越強烈。為此,美國正在開展新一輪「地下水資源計劃」(GWRP),研究重點已從過去的以州為單位轉向整個水系統、水文系統和生態環境系統,從過去偏重地下水的資源供給功能轉向地下水的資源功能、生態功能和地質環境功能綜合調查評價研究,強調地下水可持續利用性研究。

近百年來美國地下水開發利用史表明,經濟社會發展對地下水開發利用理念及其生態-地質環境功能研究具有重大推動作用。在19世紀以前,地下水僅是經濟社會發展中一種補充性資源,在水資源中地表水的開發利用研究佔主導地位。進入20世紀60年代,地下水成為經濟社會發展愈來愈依賴的基礎資源,特別是在持續乾旱年份,地下水的開發利用得到空前的重視,同時含水層疏干、依賴地下水維持的生態系統急劇退化、地面沉降和海鹹水入侵等環境問題日趨顯現。據USGS統計,在美國公共供水中,地下水的比重從1950年的26%增到2000年的37%。80年代,地下水保護問題受到重視,美國聯邦政府制定了提高污水排放標准和提高用水效率的多項保護法規,到2000年畝均灌水量比1950年減少了30%。在《2000~2010年美國地質調查局地質部科學戰略》和《1998~2008年水資源部發展戰略》中,突出了地下水的可用性和可持續性研究,包括城市化和市郊化對地下水影響調查、海岸帶土地利用和人口增長對地下水影響調查和地下水-地表水相互作用研究。

(二)國內地下水評價研究動態

從20世紀50年代以來,地質礦產部和有關部門在全國范圍內開展了大量的地下水及其環境地質問題調查評價工作,包括區域水文地質、供水水文地質、環境水文地質、地下水資源評價與新技術和新方法應用。經過50多年來的水文地質工作,基本查明了我國地下水資源的區域分布規律,並且把西北和華北的地下水勘察研究作為一項主要戰略任務做了大量工作,實現了各種信息的採集、處理、存儲、傳輸和交換,並開始把地下水作為水圈、岩石圈的組成部分和重要環境因子,開展地球表層四大圈層相互關系及大陸水循環與全球變化研究,把地下水融入「全球一體化」的大環境中思考,利用大剖面、同位素等研究地下水循環方式,極大地改變著地下水評價的傳統思維與方式,尤其是近幾年信息技術的發展,加快了對地下水評價的速度。

50多年的地下水評價工作,具有如下特點:①體現國家意志、服從國家目標,成為地下水評價的宗旨;②發揮水文地質工作優勢,體現地下水區域性、基礎性評價服務於國家建設;③取得的豐富資料和經驗,奠定了地下水評價方法研究的基礎。自20世紀70年代以來,由於應用數學和地下水動力學的相互滲透,以及電算技術的推廣和應用,豐富並突破了傳統水文地質學的內容,使地下水評價從定性研究發展到定量研究的新階段。地下水資源評價的基本理論,從穩定流發展到非穩定流,從二維流發展到三維流,從一般均衡法和比擬法,發展到解析法和有限單元或有限差分數值法及相關分析法。地下水質量評價從單項評價發展到綜合評價,從一般數理統計方法發展到聚類、神經網路和灰色系統評價方法。

20世紀80年代後期,地下水資源評價工作開始把主要目標轉向管理模型的研究,涉及與地下水開發活動有關的自然環境、社會環境和技術經濟環境等各方面問題。

但是,面對21世紀可持續發展的要求,地下水評價工作存在不同程度的不適應新問題。始於20世紀80年代的第一輪全國地下水資源評價,是基於以消耗資源、犧牲環境作為代價的發展過程,在評價指導思想、評價理念和評價方法諸方面,都存在歷史的局限性,急需按新的要求進行完善和發展。例如由於受當時認識能力和技術水平的局限,對地下水系統的資源、環境和生態屬性功能的基本認識和評價方式中,有關可持續發展思想和水循環理念體現不足,靜態思維比較突出。

1.地下水資源分類與概念演變

20世紀50~60年代,我國在地下水資源評價方面普遍採用前蘇聯的「四大儲存量」的概念,即動儲存量、靜儲存量、調節儲存量和開采儲存量。在歐美一些國家也都使用過這些概念(曲煥林等,1991)。經過水文地質工作者的多年實踐,普遍感到應用「四大儲存量」的概念評價地下水資源存在許多缺陷(陳雨蓀,1982;劉光亞,1982;王強忠等,1982),現在已基本停止使用。

在20世紀70年代提出了「三種水量」的概念,即補給量、儲存量、允許開采量,並於1989年納入國家標准(GBJ27-88)。但是隨著實踐和理論的發展,其局限性和理論缺陷逐漸暴露出來(徐恆力等,2001)。方案中沿襲以含水層(或水源地)為評價單元的思維模式,沒有體現地下水資源整體性和系統性;補給量和儲存量的時空概念含糊,容易造成水量重復計算;允許開采量僅僅是一種籠統的提法,在實踐中難以操作等。

20世紀80年代「資源」的概念逐漸為人們所接受,歐美、日本等國家和地區先後採用了地下水資源的概念,陸續出現了「潛在可更新資源」(Potential Renewable Resource)、「實際可更新資源」(Actual Renewable Resource)、「可用更新資源」(Available Renewable Resource)、「安全開采量」(Safe Yield)、「可持續開采量」(Sustainable Yield)和「實際可持續開采量」(Practical Sustained Yield)等。

我國學者王大純教授(1995)等人,從地下水資源自然屬性出發,將地下水資源劃分為「補給資源」和「儲存資源」兩類。「補給資源」被定義為「含水系統可以恢復再生的水量」。將含水系統的多年平均補給量作為補給資源量,單位為m3/a。「儲存資源」被定義為「含水系統在地質歷史時期積累保存下來的水量」。將含水系統多年平均低水位以下的重力水體積作為儲存資源量,單位為m3

陳夢熊院士等1983年提出的、後經過不斷調整和補充(2002)的地下水資源分類,也具有廣泛代表性。在該分類中,將地下水資源分為「天然資源」和「可采資源」。「天然資源」被定義為「在一個完整的水文地質單元(地下水系統)內,地下水在天然條件下通過各種途徑,直接或間接地接受大氣降水或地表水入滲補給而形成的具有一定水化學特徵、可資利用並按水文周期呈現規律變化的多年平均補給量」,一般可用區域內各項補給量的總和或排泄量的總和來表徵。「可采資源」被定義為「在經濟技術條件合理、開采過程中不發生水質惡化或其他不良地質現象(如地面沉降、地面塌陷等),並對生態平衡不致造成不利影響的情況下,有保證的可供開採的地下水資源」。

2.地下水資源評價方法研究現狀

達西(Darcy)定律和水量均衡是地下水資源數量評價的理論基礎,由此產生了兩種評價方法,即「地下水系統水量均衡法」和「地下水系統水動力學法」。

「地下水系統水量均衡法」是直接利用質量均衡原理,通過建立地下水系統的補給量、排泄量和儲變數之間水量關系,確定地下水資源數量。「地下水系統水量均衡法」既可用於區域地下水資源的水量計算,又可用於局域地下水資源的水量計算;既可估算地下水系統的補給和排泄的總量,又可計算地下水系統的各單項量,是地下水資源評價中最常用的一種基本方法,也是一種比較可靠的方法。

「地下水系統水動力學法」是根據達西定律和水量均衡原理,建立描述地下水運動規律的微分方程,通過求解微分方程,實現對地下水系統水量狀態評價。

按照微分方程的解法,劃分為「解析法」和「數值法」。解析法是根據地下水井流理論進行地下水量評價,主要適用於均衡區范圍較小、水文地質條件簡單的均質含水系統。在20世紀50年代之前,解析法在地下水資源評價中發揮了重要作用,迄今仍然是地下水資源評價中確定水文地質參數的主要方法。但是當把解析法應用於大范圍水系統時,由於實際的水文地質條件遠較解析法所假設的條件要復雜得多,其局限性就暴露了出來(薛禹群等,1986)。

為了解決隨地下水開采規模進一步擴大所出現的問題,在20世紀50~60年代,興起物理模擬(電模擬和砂槽模擬等)技術,但是仍不能很好地解決復雜水文地質條件下區域地下水資源評價所面臨的問題。計算機技術和數值計算在地下水資源評價中的應用推廣,使一些復雜地下水流模擬成為可能,而且開始考慮含水介質的非均質性和各向異性,對復雜的越流系統和具有不規則形狀的各類邊界條件,以及多相流和雙重介質等問題也開展了深入的研究,在概念模型中更多地保留了實體系統的自然特性。由於數值法既可用於大區域地下水資源評價,又可用於局部的水源地評價;既可處理復雜的水文地質問題,又具有較高的計算精度,因此,逐漸成為地下水資源評價的重要方法,並因其更易實現系統分析的目標而被廣泛應用於地下水資源評價和管理工作中。

在地下水資源評價中,常用的方法還有水文分析法、相關分析法、水文地質比擬法等。「水文分析法」是仿照陸地水文學的測流分析,計算地下水補給量的一種方法,主要應用於地下水補給量全部轉化為地下水泄流的地區,如岩溶管道流區、全排型岩溶大泉的岩溶水系統或基岩山區裂隙水系統等其他方法難以應用的地區,主要有地下徑流模數法和基流分割法。「水文地質比擬法」,常用於實際資料缺乏的地區,主要根據水文地質條件的相似性,用區域內局部地段或相似條件的其他地區的實際資料比擬到全區或研究區進行地下水資源評價,多數用於可采資源的估計。該方法是研究區缺乏資料情況下不得已的選擇,其評價結果的精確性較差。「相關分析法」是一種統計學方法,主要用於區域水文地質勘探試驗資料不足,但是地下水動態資料較多的地區,應用這種方法進行外推時其可靠性很難保證。「開采試驗法」,在地下水的非補給期(枯水期),按接近取水工程設計的開采條件,進行較長時間的抽水實驗,然後根據抽水量、水位降深動態或開采條件下的水量均衡方程求解出水源地枯季補給量,並以此作為水源地的允許開采量。該方法主要用於水源地允許開采量的評價,在區域地下水資源評價中主要用該方法求取參數。

縱觀國內外地下水評價成果,最常用的方法是「地下水系統水量均衡法」和「數值法」。美國1977年開展的「區域水系統分析計劃」(簡稱RASAP,1978~1995年期間)聯合運用數值法和均衡法對全國25個主要地下水系統水資源進行了評價(USGS,1998)。在2000年開始的新一輪地下水資源評價(Ground-water Resources Program)中,仍然以數值法為主(USGS,2001)。歐盟各國聯合開展的區域地下水資源評價中,水量均衡法是主要方法(Fried,1982;Rees and Cole,1997)。此外,亞洲、非洲一些國家也大多採用水量均衡法和數值法進行區域地下水資源評價(Leslie B.Smith and Kadri Külm,2002;Shahin,1989;Lloyd,1990;Ulf Thorweihe and Manfred Heinl,2002)。我國在20世紀80年代開展的第一輪全國地下水資源評價中,均衡法和數值法也是主要評價方法。

隨著數學地質的發展,最近在國內外地下水評價中出現了一些新的理論方法,如隨機理論和神經網路(Kitanidis,1985;Bates,1992;Gelhar,1993;Brannan,1993;楊金忠等,2000),但是這些方法還處於理論探索之中,目前還難以廣泛實際應用。

3.地下水質量評價研究現狀

我國在早期的地下水質量評價中一般借用外國學者設計的評價模式,如內梅羅(Nemerow N.L.)指數法等。但是在應用過程中,逐漸發現這些評價模式在理論上和實踐上的不足,於是我國地下水質量評價工作者,根據自己實踐的經驗和實際情況,提出了許多適合不同用途的水質量評價方法。如20世紀60年代開始用「環境質量綜合指數」定量地表示環境質量狀況,發展至今已提出許多種計算綜合指數的數學模式,這些模式對環境質量的劃分一度起了積極的作用。

早期全國性地下水質量評價,尚無「國家地下水水質標准」,主要依據國家建委和衛生部批准試行的「生活飲用水衛生標准」(TJ20-76),並參考世界衛生組織(WHO)1958年公布的「飲用水水質標准」,個別評價參數考慮地方「飲用水水質標准」。評價方法主要採用指數法、多項參數法和模糊數學法等。在現今的全國地下水質量評價中,雖然在評價項目選定、分類和污染等級劃分等方面有所變動,但是其思路和技術方法均沿襲了這一格局。

20世紀80年代以來,隨著計算機技術的高速發展和廣泛應用,模糊數學、灰色聚類和神經網路等方法在地下水質量評價中廣泛應用,且隨著方法的改進,人們也越來越重視評價結果的合理性。但是由於影響地下水質量的因素較多,以至各評價方法都存在一些局限性。例如綜合污染指標法的「硬性分級劃分」,灰色和模糊系統需要設計若干不同的效用函數(灰色系統的白化函數、模糊數學的隸屬函數等),以及人為地給定各評價指標的權重(或權函數)等,這些效用函數和指標權重的給定難免不帶主觀性,造成評價方法難以通用,增加了應用的困難和人為臆斷因素對結論的影響。在地下水質量評價方法中,普遍存在「參數權重」問題,例如指數法把各個水質參數等同,模型法在參數選取和參數權重設定中存在較大的主觀性。目前,迅速發展的人工神經網路評價方法,拓寬了地下水質量評價方法的視野。

4.地下水脆弱性評價研究現狀

自1968年Margat首次提出「地下水脆弱性」這一術語後,雖然經過幾十年的發展,但是至今國內外對「地下水脆弱性」概念仍然沒有統一的定義,許多學者根據自己所考慮的因素從不同的角度給「地下水脆弱性」以不同的定義。

以1987年為限,「地下水脆弱性」概念的發展過程可劃分兩個階段。在1987年以前,有關地下水脆弱性的概念多是從水文地質本身的內部要素這一角度來定義的。1970年Margat與Albiet提出的地下水脆弱性是指在自然條件下污染源從地表滲透與擴散到地下水面的可能性。Olmer與Rezac則認為地下水脆弱性是地下水可能遭受危害的程度,這種危害程度由自然條件決定,而與現有污染源無關。Vrana提出地下水脆弱性是影響污染物進入含水層的地表與地下條件的復雜性。1983年Villumsen等定義地下水脆弱性是指應用中或廢棄於地表的化學物質對地下水的危害性。1987年「土壤與地下水脆弱性國際會議」揭開了「地下水脆弱性」研究新階段的序幕。多數學者主張在定義地下水脆弱性時應考慮含水層本身的易污染性和人類活動與污染源的影響。有的學者提出地下水脆弱性是地下水質量對現在或將來有害於其使用價值的敏感性。

地下水系統脆弱性已經被廣泛認同的是指這個系統對來自外部(天然與人類活動)從時間和空間上影響它的狀態及性質的處理能力。1991年美國審計署應用「水文地質脆弱性」來表達含水層在自然條件下的易污染性,而用「總脆弱性」來表達含水層在人類活動影響下的易污染性。美國國家科學研究委員會於1993年提出地下水脆弱性是污染物到達最上層含水層之上某特定位置的傾向性與可能性,並將地下水脆弱性分為兩類:一類是本質脆弱性,即不考慮人類活動和污染源而只考慮水文地質內部因素的脆弱性;另一類是特殊脆弱性,即地下水對某一特定污染源或污染群體或人類活動的脆弱性。歐洲、北美和澳大利亞等地區,在地下水污染防治工作中,已經以污染治理為重點轉變為以防止污染為重點,開展了地下水環境脆弱性評價,並編制了評價圖冊。

至今國內尚沒有明確的「地下水脆弱性」的定義,定義多引用外文資料,多是從水文地質本身內部要素角度出發,針對局部城市或水源地,包括「環境生態脆弱區地下水開發模式及系列編圖」工作,研究地下水本質脆弱性,常以「地下水的易污染性」、「污染潛力」、「防污性能」等來代替「地下水脆弱性」這一術語。

5.存在問題

新中國成立以來,地下水評價工作為保障國家經濟社會發展的需求提供了重要支撐。但是,從地下水可持續利用角度考慮,地下水評價工作尚存在如下問題:

1)以往的工作,偏重地下水賦存條件的研究,對地下含水層結構和地下水補、徑、排條件研究程度有待深入。作為地下水賦存空間的地下水系統結構和地下水動態,是地下水資源評價的基礎。

2)地下水與環境保護密切相關,是環境保護的重要制約因素。以往對地下水質量、環境和生態屬性功能評價重視不夠。

3)地下水資源可持續利用程度及趨勢預測研究缺乏深度,不能適應國民經濟對地下水前瞻性要求。

4)由於大量的水利工程修建,改變了地表水、地下水循環條件,出現了不少新的水環境問題,特別是地下水補給條件的改變,使得有些地區地下水補給減少,生態環境不斷惡化。因此,在新的地下水評價中急需考慮這些變化的影響。

(三)地下水功能評價與區劃研究現狀

1998年許志榮在《水文地質工程地質》(第五期)上發表了「地下水功能區劃分初探」,提出了開展地下水功能區劃的必要性。1999年史瑞青等在《工程勘察》(第一期)上介紹了「灰色聚類分析在地下水區劃中應用」的技巧。2001年費為進等在《地下水》(第四期)上發表了「快速灰色分級聚類法在地下水功能區劃中應用」,提出灰色分級聚類法是地下水功能區劃的一種簡明方法。這一時期的地下水功能研究都是從地下水資源合理利用角度出發,基於傳統地下水資源評價理念。

2002年中國地質調查局水環部從生態、地質環境保護角度,作為約束條件,提出開展「地下水功能評價專題研究」,由中國地質科學院水文地質環境地質研究所張光輝研究員主持開展有關地下水功能理念、評價理論與方法探索性研究,於2003年提出了地下水功能評價基本框架和評價指標體系。2004年6月該項目組完成了「地下水的資源功能、生態功能和地質環境功能評價的科學體系」構建和論證,包括基本理念、評價理論、評價指標體系和評價關鍵技術等,編制了「地下水功能評價與區劃技術」,編入中國地質調查局《全國地下水資源及其環境問題調查評價技術要求系列》(二、三)中,並先後在蘭州、武漢、石家莊、北京、沈陽和呼和浩特主辦「地下水功能評價與區劃」技術骨幹培訓班,在我國西北、華北和東北地區全面推廣應用。2004年唐克旺等在《水資源保護》(第五期)上發表了「地下水功能區劃分淺談」,介紹了水利部門進行地下水功能區劃的基本思路。2005年水利部下發了《關於開展全國地下水功能區劃定工作的通知》。2006年張光輝等在《水文地質工程地質》(第四期)上發表了「區域地下水功能及可持續利用性評價理論與方法」一文,全面闡述了地下水功能評價理論和方法;黃鵬飛等在《中國環境管理》(2006年第二期)上發表了「層次分析法在民勤綠洲地下水功能評價中應用」,介紹了地下水的資源功能、生態功能和地質環境功能狀況。2007年羅育池等在《中國農村水利水電》(第九期)上發表了「基於MapGIS的河南省淺層地下水功能評價與區劃」;呂紅等在《水文》(2007年第三期)上發表了「山東省地下水功能區劃初探」,指出地下水功能區劃是政府行使管理職能的重要基礎;閆成雲等在《水文地質工程地質》(2007年第三、四期)上發表了「疏勒河流域中下游盆地地下水功能評價與區劃」,引用大量實例闡述了地下水功能評價與區劃的實際效用。2007年范偉完成了「吉林省平原區地下水功能評價」碩士學位論文。張光輝等在《地質通報》(2008年第六期)上論證了地下水功能評價與地下水可持續開采量的關系。

(四)地下水開發利用研究現狀與趨勢

地下水開發利用研究總的趨勢是學科內涵不斷拓展、生態-地質環境保護優先、安全保障能力建設為重點、與經濟社會和諧可持續發展是根本。

1)資源和環境、生態並重,已成為地下水開發利用研究的主題。地下水可持續利用既要保障社會穩定的水供給,又不能犧牲生態-地質環境效益,同時不影響未來長遠的水資源利用。恢復由於人類影響而退化的地下水功能、地下水疏干區定量跟蹤和調控、增強地下水含水層獲得補給途徑和機制、地表水與地下水聯合調蓄和協調開發、地下水利用和分配的社會-經濟規律及管理模式等是當前重要的研究課題。

2)地球表層系統的水文地質過程研究,已成為現代地下水科學演化的重要專題。土壤、包氣帶、淺層地下水、濕地與湖泊、綠洲、河流和農業用地等,與地下水可持續利用性研究密切相關。包氣帶是介於潛水面和地表之間的多孔介質,化學風化、有機質分解、氮素固定等其他化學物質循環過程均發生在包氣帶,也是地下水補給、污染物向地下水運移的必經之路。包氣帶中所發生的物理、化學和生物過程與水文地質學、土壤學、生態學和環境學關聯性愈來愈緊密(甘肅地調院,2007)。

3)建立高效的地下水動態監測、狀況調查和突發應急機制,經濟社會發展的需求愈來愈迫切。1996年國際水文計劃工作組將「可持續水資源利用」定義為「支承從現在到未來社會及其福利要求,而不破壞他們賴以生存的水文循環及生態系統完整性的水的管理和使用」。要求在水資源規劃、開發和管理中,尋求經濟發展、環境保護和人類社會福利之間的最佳聯系與協調,強調未來變化、社會福利、水文循環、生態系統保護的完整性,使「未來遺憾可能性達到最小」。2000年在美國召開的「水資源綜合管理研討會」上,達成一個共識:流域統一管理是防止土地退化、保護淡水資源與生物多樣性、實現水資源可持續利用的必然抉擇。

4)可持續性(Sustainability)是當今地下水開發利用中最為人們關注的核心。它指地下水時空上能夠連續下去。Serageldin and Steer將「可持續性」概化為「可持續性弱」、「可持續性適度」、「可持續性強」和「可持續性過強」。「可持續性弱」不關心局部、只關心整體;「可持續性適度」主要以維持系統的整體性為目的,但也適當關照其組分;「可持續性強」要求保持系統組分的良好狀態,同時也關照到系統整體,各組分不可互相替換,而且根據某些理解,即使是在組分內部,可替換性也是受到限制的;「可持續性過強」就是保持系統的所有要素完好無損且無任何損耗。

Ⅳ 急!!!國內外自然環境對建築施工的研究現狀

地質好壞以及基礎做得好壞會對後期建築的不均勻沉降有直接影響,溫度在施工過程中影響也是很大的,太熱時會使混凝土凝固過快,影響和易性,造成開裂等問題。冬季溫度過低施工時對混凝土在凝固過程中要做好保溫工作,避免裡面的水分凍結,砼凝固後裡面氣孔較多、不密實,從而影響受力

Ⅳ 國外區域地質調查現狀

世界各國都十復分重視區域地制質調查工作,尤其是工業發達的國家,區域地質調查工作進展速度極快。地質填圖一直是美國地質調查局的核心地質調查工作,1992年,美國總統簽署了《國家地質填圖法》,設立了在美國地調局領導下的全國合作地質填圖計劃(NCGMP),於1997年和1999年總統兩次簽署授權,強調地質填圖要適應國家需求,增加撥款。美國的《全國合作地質填圖計劃五年規劃(2007~2011年)》已開始1∶2.4萬地質填圖,其目標一是生成高質量、多用途數字化地質圖及配套的資料庫和報告,以解決高優先地區的各類國土利用問題。開發深部及地下的三維地質框架,用於地下水水流、地震震動、滑坡概率、景觀變化及生態系統健康等各種預測模型。二是以各種數字化格式提供地質圖、報告和資料庫,使地質圖信息更易於被公眾理解。保存和維護美國地調局的古生物標本及匹配的資料庫,並使之通俗易懂。三是確保全國合作地質填圖計劃有能力和隊伍來滿足國家的未來所需[引自美國《全國合作地質填圖計劃五年規劃(2007~2011年)》]。

Ⅵ 國內外研究現狀

國際油氣與固體礦產資源領域最重要的發展趨勢就是全球資源一體化、市場一體化。因此,在能源戰略甚至是國家發展戰略中,必須把開發利用海外資源作為核心內容,建立相應的信息庫、決策方法庫和動態分析模型。

很多發達國家、石油跨國公司和國際組織,以及一些有影響力的研究機構,很早就已經認識到建立全球資源開發利用的資料庫和決策支持系統的重要性。比如埃克森公司、道達爾公司和殼牌公司都具有這些資料庫和風險管理系統。其中,埃克森公司的全球油氣系統最為著名。這些資料庫和評價技術在公司范圍內,是核心技術和資源,不會與別的公司和國家共享。同時,有許多權威的國際咨詢公司開發出了類似的資料庫和風險管理體系,比如著名的IH S公司就具有非常詳細的資料庫,對外服務中價值極高。

國外一些著名的研究機構或政府部門,如:國際能源署(IEA)、國際應用系統分析研究所(IIASA)、美國能源部(DOE/U.S.),已經建立了旨在輔助決策的能源系統。最具代表性的能源模型是美國能源部開發的國家能源模型系統(NEMS)和國際應用系統分析研究所與世界能源委員會(WEC)合作開發的IIASA-WECE3模型。

NEM S模型是美國EIA/DOE(美國能源部能源信息署,簡稱EIA)於1993年開發的能源經濟區域決策支持模型,目的是通過模擬美國及國際能源市場來規劃能源、經濟、環境、安全因素對美國能源消費、價格、安全的影響,為決策者制定國家能源發展戰略和規劃提供必要的決策信息支持,其中最重要的模塊就是石油和天然氣的全球生產、消費、資源、貿易和價格運行的動態模型。依賴此模型,可以規避國際石油市場的價格風險,規避海外油氣進口的供應風險,規避本國能源消費的需求風險。

ⅡASA-WEC E3模型是ⅡASA和WEC於20世紀90年代開發的基於動態線性規劃的能源-經濟-環境決策支持模型,它是以連續的、相互獨立的情景分析方式,研究受不確定性因素影響的未來社會、能源消費和技術發展的一系列可能的狀況,從而為決策者制定能源長期和短期規劃提供信息支持。

國內已經意識到海外開發需要現代化的風險管理技術的支撐,但是目前只有一些分散的研究,尚未從國家層面上系統地規劃和協調實施,更沒有形成支持企業海外投資決策的系統。

國內的石油公司,特別是中國石油天然氣集團的國際油氣勘探開發業務已經有10多年的歷史。在這方面積累了大量數據和信息,也開展了大量的研究。例如,在資源方面,中國石油天然氣集團經濟技術研究院具有世界盆地資料庫和最近開發的區塊圖集,對海外投資環境,特別是法律法規、合同模式、條款數據和投資信息的基本數據和信息,有一定的積累;中國石油天然氣勘探開發公司(CNODC)海外中心具有許多國家的項目資料和一線的實踐者。但是還沒有系統地建立針對海外資源開發利用的風險管理系統。相比之下,中小石油公司,特別是民營石油公司十分缺乏系列的數據和信息支持,更沒有輔助的風險管理系統。

在全球礦產資源利用方面,發達國家的政府機構和許多跨國公司都定期地進行全球礦產資源分布及潛力分析,一方面將其作為制定國家資源安全戰略的重要依據,通過調整資源規劃和政策,以應對資源供應的風險;另一方面為國家制定資源勘探開發戰略、優選有利區塊、確定投資方向提供依據,為正確決策,減少失誤提供可靠保障。

美國地質調查局(USGS)礦產資源開發利用的目標是促進環境、資源和經濟因素一體化,把項目部署與國家和公民的需要緊密結合起來,更好地為社會發展與經濟建設服務。礦產資源的研究內容主要有4個方向:一是礦產資源的支撐能力和社會需要,維護相關資料庫,研究礦床評價和分析方法、成礦作用、金屬礦產和成礦環境;二是礦業經濟和國家政策,調查礦產品信息(礦產品概要、礦業調查、礦產年鑒和國際礦業等),為國家公園、森林和土地資源管理提供礦產資源、地球化學和地球物理資料;三是礦業環境和公眾健康,研究廢棄礦產地、地球化學和地球物理背景,評價地質環境;四是礦產技術方法和資料發送,進行礦產相關資料庫和信息資料更新。

Ⅶ  國際工程地質的研究現狀

20世紀下半葉,全世界經濟在相對穩定的環境中發展,各類工程建設的規模愈來愈大,對地質體的干擾也愈益嚴重,促使工程地質學科的長足發展,其理論基礎和學科體系更趨完善、成熟。20世紀50年代後期至60年代中期,歐洲幾處水利工程的重大事故都是由地質問題引起的。例如,1959年法國馬爾帕塞(Malpasset)薄拱壩的潰決,就是由於片麻岩壩基內陡傾軟弱結構面在水庫蓄水後產生張裂,以至其中空隙水壓力劇增,使左壩肩岩體壓裂而導致整個壩的崩潰。1963年義大利瓦依昂水庫左岸大滑坡更是舉世震驚。當水庫壅水至225.4m(壩高261.6m,是當時世界上最高的雙曲拱壩)時,左岸約3億m3岩體突然以28m/s的速率下滑,將水庫中5000萬方水擠出,以高過壩頂150m的涌浪沖向下游,導致近3000人死亡。慘痛的教訓促使國際工程地質界認識到有必要成立一個國際性學術組織,共同切磋重大的工程地質問題,進行學術交流,探討發展趨向。在1968年召開的第23屆國際地質大會上成立了國際地質學會工程地質分會,後改名為國際工程地質協會(英文縮寫名IAEG),並下設多個專業委員會。

國際工程地質協會決定每四年召開一次國際工程地質大會,還不定期地舉行專題學術討論會。至今已召開了八屆大會。歷屆大會報告與研討的專題有:岩土體的工程特性;特殊岩土的工程地質研究;區域規劃與城市區工程地質;工程建設區的工程地質問題和場址選擇的工程地質評價;重大環境工程地質問題;地質災害評價、預測和防治;工程地質勘察技術等。參加歷屆大會的代表中,還有不少土力學家、岩石力學家和岩土工程學家。專題性學術討論會十分活躍,內容豐富多采,有人類活動與地質環境、建築材料、誘發地震、大壩工程地質、采礦與地質、環境地質學與城市發展、斜坡及塊體移動、可溶岩工程地質問題、山區環境地質、工程地質填圖、工程地質與古遺址古建築保護等。

在對地基、邊坡和地下工程有關的岩土體穩定分析及評價時,世界各國的工程地質學家都意識到,應與土力學家和岩石力學家配合協作,來研究解決這些問題。為此國際工程地質學會於1975年與國際土力學及基礎工程學會(ISSMCE)、國際岩石力學學會(ISRM)決定定期舉行三個學會的秘書長聯席會議,以討論協作問題。它反映了工程地質學的發展趨勢。

1976年先後出版的Q.Zaruba和他的學生V.Mence合著的《工程地質學》(Engineering Geology)和P.B.Attewell及I.W.Farmer的《工程地質學原理》(Principles of Engineering Geology)這兩本著作,可代表20世紀70年代國際工程地質學的水平。

人類活動導致嚴峻的環境形勢,需要工程地質學家作出響應。在1980年巴黎第26屆國際地質大會上,時任國際工程地質協會主席的原蘇聯學者Е.М.Сергеев列舉了人類工程經濟活動的大量數據和事實,來說明現今時代人是強大的地質力量,並認為人類活動使自然地質作用改變和新的靈生作用的發展。在大會上工程地質學家們一致通過了《國際工程地質協會關於解決環境問題的宣言》,標志著現代工程地質向環境地質學進軍的時代開始了。愈來愈多的工程地質學家參與環境保護與自然災害的研究領域。在聯合國教科文組織協調下,主要由工程地質學家參與的《國際減災十年》計劃的制定,為全人類在20世紀最後十年內減輕自然災害的困擾作出了貢獻。為了體現工程地質學家將環境保護作為義不容辭的已任,在1997年於希臘雅典召開的一次會議上,協會正式改名為國際工程地質與環境協會(英名縮寫名仍為IAEG)。

至今,工程地質研究已經由歐美國家向發展中國家擴展,國際工程地質學科研究和工程地質工作實踐正在穩步發展。

Ⅷ  我國工程地質的研究現狀

我國的工程地質學經過近50年的發展,今天已成為一門研究內涵豐富、理論體系嚴謹,具有中國特色的綜合性學科,並且是國際工程地質界的重要一員。

縱覽中國工程地質學的研究領域,是相當廣闊的。主要的有以下幾方面:

一、岩體工程特性研究和岩體工程地質力學的創立

大量的岩體工程實踐遇到的是地基、邊坡和地下工程圍岩的變形破壞問題,促使工程地質學家與岩石力學家、土木工程師們關注對岩體介質特性的研究,認識到岩體與岩石是既有著本質區別又相互聯系的介質。著名工程地質學家谷德振和他的同事們在一系列岩體工程勘察中,發現岩體的力學性質和行為主要受控於軟弱結構面的展布,包括層面、斷裂面、節理、片理等,使岩體成為非連續、非均質、各向異性的介質。他們首先從地質建造著手,劃分工程地質岩組,運用地質力學理論方法,研究結構面的形成機制和空間分布規律,進而研究岩體結構特性,劃分岩體結構類型。再按不同結構類型和工程建築要求進行岩體力學試驗及測試,最後再根據岩體結構特徵和力學屬性,建立力學模型作數學模擬和穩定性分析。將工程地質學與地質力學、岩石力學有機地結合起來,創立了岩體工程地質力學。它的理論體系、研究思路和方法,在國際上獨樹一幟。

20世紀80年代中期以來,在中國科學院地質研究所設立了工程地質力學開放研究實驗室,吸收國內學者共同協作,開展工程地質前沿課題和生產上需要解決的問題的研究工作,每次學術委員會上都要討論工程地質學發展的趨勢和應制定的科研方向。無形中成為我國工程地質學的研究中心,推動著我國工程地質學的不斷發展。

二、區域工程地質和區域地殼穩定性研究

我國地域遼闊,受地質和自然地理條件制約,區域工程地質條件復雜。因此,區域工程地質研究對國土資源開發利用,工程規劃布置以及地質環境保護等意義重大。早在20世紀50年代末,老一輩工程地質學家劉國昌、張咸恭、姜達權等就開展了此項研究工作,出版專著和編制全國工程地質分區圖。幾十年來,各大河流域、部分省區和西南、西北山區都開展了較系統的區域工程地質和環境地質研究,積累了豐富的資料。經過數年的努力,於1990年首次出版了由任國林主編的1∶400萬《中國工程地質圖及說明書》,並附有全國工程地質分區圖;1992年出版了由段永侯主編1∶600萬《中國環境地質圖系》,圖系以工程地質內容為主。標志著我國區域工程地質環境研究取得了豐碩的成果。

「區域地殼穩定性」的術語是由原蘇聯工程地質學家最早提出的,但未作說明和專門研究。在20世紀50年代末,我國學者谷德振和劉國昌倡導此項研究工作。它的涵意是指岩石圈內正在進行的地質、地球物理作用對地殼表層及工程建築安全的影響,即地殼現代活動對工程安全的影響程度。其研究思路是以地質力學理論為指導,強調以地質構造研究為基礎,以斷裂活動性、現代地應力場和地震活動性為主要研究內容,最終進行區域穩定性分級,分區和評價。在該研究領域,胡海濤等依據李四光的「安全島」思想,指導重大工程場址的選擇,取得了重要成果。例如,二灘水電站和大亞灣核電站的成功選址即是。區域地殼穩定性研究對我國工程地質勘察來說,具有特殊的意義,這也是具有中國特色,且在國際上處於領先地位的研究領域。

三、環境工程地質和地質災害的研究

環境工程地質是現代工程地質學的一個分支,是研究由於人類工程—經濟活動所引起的區域性和危害人類及工程安全的工程地質作用。這些有害的工程地質作用是誘發地震、地面沉降、地面塌陷、土地荒漠化、滑坡、泥石流等,它們常導致地質災害。環境工程地質就是研究這些作用(或問題)產生的機制和條件,進行預測和防治,其目的為了合理利用和保護地質環境。我國正式研究環境工程地質始自20世紀60年代的新豐江水庫誘發地震和上海的地面沉降。80年代初以來,共召開了四次全國性的環境工程地質學術討論會,涉及的內容豐富多采。有些研究成果在國際上處於先進地位。例如,上海地面沉降的防治,區域性滑坡預測模型。1995年出版了第一本由劉傳正著的《環境工程地質學導論》,全面論述了環境工程地質理論體系,基本研究內容以及各類環境工程地質作用研究的內容和方法,展示了環境工程地質的前景。

與環境工程地質相關的地質災害的研究,也主要由工程地質界承擔的。近十多年來,對危及人類和工程安全的各種地質災害,都進行了廣泛而深入的研究。在1989年1月召開的全國地質災害防治工作會議期間,成立了主要由工程地質學家參加的全國地質災害研究會,次年又創辦了《中國地質災害及防治學報》,對地質災害的研究起了促進作用,對地質災害的分類,形成機制、分布規律,預測方法及防治對策與措施等研究成果,及時在學報上開展交流。90年代還編制了中國地質災害類型圖,出版了段永侯等的專著《中國地質災害》。眾多的研究成果及著作,還有具體防治工程的成功,確立了我國在這一領域的國際地位。

四、特殊土結構和工程特性的研究

藉助於測試技術的現代化,我國在特殊土的微觀結構及其工程特性的研究方面也有了長足的發展。所謂特殊土,指的是成分和結構特殊,其工程(地質)性質也特殊的土類。我國幾乎所有的特殊土皆有分布,諸如淤泥土、黃土類土、膨脹土、鹽漬土、紅粘土,多年凍土等,它們的分布都具地域性,因此也可稱之為區域性土。由於特殊的不良工程性質,對當地工程建設以及生命財產的安全意義重大,因而促使學者們開展了這方面的研究。這里需要特別指出的是,張宗祜、高國瑞、黃熙齡、孔德坊、李生林等學者長期以來對黃土類土、膨脹土和淤泥類土所進行的卓有成效的研究成果,有關它們的微結構特徵和分類、物質成分、工程特性及指標,建築穩定性評價以及處理措施等,都進行了深入的研究。

五、工程地質勘察的理論和技術方法

工程地質學為工程建設服務是通過勘察工作來實現的。工程建築與其所在的地質環境之間存在著相互作用和相互制約的矛盾關系,要通過工程地質勘察才能搞清楚。50年來,難以計數的大大小小各類工程建築通過勘察,積累了十分豐富的經驗和教訓。總地說,我國的工程地質勘察經歷了三個歷史階段:第一階段是1966年以前,勘察工作體制由全盤學習蘇聯到自主獨立發展,勘察工作嚴格按規范要求進行,為國家基本建設的一批重大工程項目提供了地質依據。當時在工程選址和場地評價中,著重於工程地質條件的闡明和定性評價為主。第二階段是1966年到1978年,「文革」期間工程地質勘察受到嚴重干擾而很不正常,破壞了基本建設程序,一些大工程搞了邊勘察、邊設計、邊施工的「三邊」方針,盲目簡化勘察程序,有的重大工程實際上搞了一次性勘察,造成嚴重損失。如葛洲壩水利樞紐、焦枝鐵路、第二汽車製造廠等工程即是。第三階段1978年以來,以經濟建設為中心的改革開放年代,形成了較完整的工程地質勘察體制,制定新的勘察規范,與國際接軌,勘察質量大大提高。在土木工程中又引進歐美國家的岩土工程技術體制,兩種技術體制並存。一些重大工程採取國際招標方式,以引進國外先進的勘察技術和資金。工程地質勘察工作進入了一個新的歷史階段。

經過數十年實踐和理論研究,逐漸形成和完善了我國工程地質勘察的理論體系,即「以工程地質條件的研究為基礎,以工程地質問題的分析為核心,以工程地質勘察技術方法為手段,以工程地質評價決策為目的。」這一理論體系在由張咸恭、王思敬和張倬元主編的《中國工程地質學》中得到了充分體現。可以無愧地說,我國的工程地質勘察事業在上述勘察理論體系的指引下取得了巨大成就,令世人囑目。例如,三峽、小浪底、二灘、劉家峽、龍羊峽等一批巨型水利樞紐和水電站工程;大亞灣、秦山核電站;寶成、蘭新、成昆、南昆、大秦、京九等鐵路干線;還有許多新興的城市、礦山等等。所取得的優質勘察成果,保證了工程的順利設計、施工和運行,也得到了國際同行們的贊許。在勘察基礎上,形成了「水利水電工程地質」、「鐵路工程地質」、「礦山工程地質」和「城市及房屋建築工程地質」等專門工程地質系列。

當前,新技術方法在工程地質勘探中被推廣應用,已取得了較好效果。例如,遙感圖像(航衛片)在工程地質測繪填圖中的應用;大口徑鑽進和小口徑金剛石鑽進在水電工程地質勘探中的採用,砂卵石層鑽探與取樣新技術,套鑽和岩芯定向鑽進技術;聲波探測、地質雷達、地球物理層析成像技術(CT)、鑽孔彩色電視錄像及圖像處理系統等物探技術的使用;計算機技術在工程地質勘察中普遍採用,各種專用軟體的開發等。

50年來我國的工程地質教育一直興旺不衰。至今全國有十餘所高等學校設置有培養工程地質專業人才的院系,為國家培養輸送了大批研究生和本科生。此外,在中國科學院地質研究所等多所科研機構專門培養工程地質專業研究生。形成了一支宏大的工程地質專業隊伍。在教學實踐中,編寫出了各具特色的系列工程地質專業教材。高校和科研院所還承擔了一些重大的生產和科研課題,既完成了生產、科研任務,又培養了優秀專業人才。

中國工程地質界與國際工程地質協會的聯系密切,在20世紀80年代初不少同行加入了國際工程地質協會,建立中國國家小組,隨工程地質專業委員會一起活動。中國工程地質界積極參加國際工程地質協會組織的學術活動。自1983年起我國組團參加了歷屆國際工程地質大會,所提交的論文數都位居前列。現任國際工程地質與環境協會主席,是我國工程院院士王思敬教授,他是1998年在荷蘭阿姆斯特丹舉行的第8屆國際工程地質大會上被推選擔任此職的,這是中國工程地質界的驕傲!

Ⅸ 國外研究現狀

1.2.1.1 國外實物地質資料服務研究起步較早

西方發達國家,如美國、加拿大、澳大利亞、荷蘭等建立了國家地質調查局,負責實物地質資料的管理和服務研究工作。英國自1835年成立世界上最早的地質調查局以來,實物地質資料服務研究一直伴隨其地質工作的開展而存在和發展。美國、英國等發達國家在實物地質資料服務對象、服務方式、服務內容、服務標准上開展了理論和實踐的探索,也形成了較為成熟的模式,都值得我們借鑒(姜文利,2013)。

1.2.1.2 發達國家地質工作的任務向地質信息轉移

21世紀以來,各發達國家的地質工作向地質信息轉移,以滿足本國可持續發展戰略的需要。美國地質調查局制定的《美國地質調查局戰略計劃(2000-2005)》和《美國地質調查局礦產資源工程五年規劃(2006-2010)》提出確保美國得到可靠的地質資料數據。英國地質調查局發布的《英國地質調查局戰略科學計劃(2005-2010)》提出要提供綜合客觀、公正和最新的信息,以滿足國內外用戶的需要。

1.2.1.3 國外許多專家提出了先進的服務理念

如F.Herrera等(2001)認為,地質資料整合服務有四個基本問題:標准、資料一致性、描述多樣化的地質資料的代表模型以及查詢與交互服務。Marcus Apel(2006)分析了從三維地質模型到三維地球科學信息系統的轉變,認為有三個基本因素很重要:資料模型、查詢功能和資料管理。Steve Peedell等(2005)認為,一個空間地質資料基本結構包括政策、公共機構准備工作、技術、資料和人才五個要件。

1.2.1.4 發達國家學者研究開發豐富的地質信息服務產品

許多發達國家研究開發了多種實物地質資料的服務產品。巴西地質調查局提供產品的基本定位有三點:公益性、需求第一、集成服務,提供在線服務。英國地質調查局有大量的產品和數據可供免費下載。發達國家地質調查局網站信息資料豐富,能滿足社會公眾的需求。

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