『壹』 國內外如何看待廢水研究現狀及發展趨勢
新中國成立年以來,環境保護事業逐步發展壯大。其中,關於環境污染治理投資總額逐年增加,環境污染治理投資佔GDP比重也穩步提高。上世紀80年代初期,全國環保治理投資每年為25至30億元,約占同期國內生產總值(GDP)的0.51%;到80年代末期,投資總額超過100億元,占同期國民生產總值的0.60%左右;「九五」期末,投資總額達到1010.3億元,占同期國民生產總值的1.02%,首次突破1%;「十五」期末,投資總額達到2388億元,占同期國民生產總值的1.30%;2010年,全國環境污染治理投資總額達6654.2億元,是2002年的近5倍,全國環境污染治理投資總量逐年增加,佔GDP比重均呈上升趨勢。同時,環境污染與破壞事故情況逐年下降。2001年共發生1842起環境污染與破壞事故,而到了2010年,則下降至420起,是2001的1/4。2010年,環境污染治理投資為6654.2億元,比上年增加47.0%,占當年GDP的1.67%。其中,城市環境基礎設施建設投資4224.2億元,比上年增加68.2%;工業污染源治理投資397.0億元,比上年減少10.3%;建設項目「三同時」環保投資2033.0億元,比上年增加47.0%。
經過多年努力,中國正在逐步形成以自然保護區為主體,濕地公園、濕地保護小區等多種保護管理形式並存的保護管理體系。與此同時,環境法制建設日臻完善。我國環境立法從無到有,從少到多,目前,我國已制定了包括水污染防治、大氣污染防治、環境影響評價等10部環境保護法律,15部自然資源法律,頒布國家環境標准800多項,批准和簽署多邊國際環境條約50餘項,頒布地方性環境法規和地方政府規章660餘件。
「十二五」期間全國GDP將達到231.2萬億元。根據中國環境規劃院宏觀戰略研究環保投入專題和「十二五」規劃前期研究,預計十二五期間,我國環境污染治理投資總額將超3.4萬億元。
中國產業研究報告網發布的《2014-2018年中國工業廢水治理產業全景調研與投資策略研究報告》共十四章。大量周密的市場調研基礎上,主要依據了國家統計局、海關總署、環境保護部、中國石油化工協會、中國國土資源部、中國產業研究報告網、國內外多種相關報刊雜志的基礎信息以及專業研究單位等公布、提供的大量的內容翔實、統計精確的資料和數據。報告對我國工業廢水市場運行情況進行了研究分析,並且論述了領先企業運行情況。通過翔實的數據和充分的論述,從產業層面上剖析產業現狀特點,針對產業的供需矛盾闡述了工業廢水產業發展的主要問題和影響因素,從多個角度揭示了工業廢水產業結構。
『貳』 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。
『叄』 國內外研究現狀怎麼寫
就是描述下即可
案例:國內外研究現狀
城鎮化,也稱城市化,,這個概念最早是回由西班牙的工程師A.Serda於答1867年在其著作《城鎮化的基本理論》中提出的,目前已經被廣泛接受.在國外,尤其是發達國家比較早開始了城鎮化道路,在城市化的發展階段,發展條件同發展中國家相比有明顯區別和差距,一些發達國家在上世紀就已經達到了很高的城鎮化水平,基本完成了城市化的進程,甚至出現了城鎮人口向城郊迴流,所以國外對城鎮化的研究時間比我們要早,研究范圍比我們要廣研究的程度要深.在我國,城市化是近現代的產物,在建國後的前三十年時間里城市化進程緩慢,改革開放後,特別是從1992年以後我國城市化才進入全面推進階段,所以我國對於城市化理論與實踐的研究,盡管已經取得了一些成就,但還是不夠成熟,在理論研究和定性分析上做得較好,對實證研究和定量分析就明顯做得不足.
『肆』 國內外研究現狀
總體看,國外偏重資源、環境保護、人口及可持續發展的研究主題,較宏觀。而國內偏重的是理論方法、發展模式等方面的研究,比較微觀。有關邊境少數民族地區國土資源綜合開發與保護研究的著述相對較少。
一、國外研究現狀
(一)提出以人為本的國土資源開發利用與保護理論
國土資源開發利用與保護問題,眾多學者從不同的學科角度研究提出了諸如環境決定論、人口中心論、增長方式轉變核心論等各種側重點迥異的理論觀點。如1994年開羅會議提出:「可持續發展問題的中心是人」,引起學術界強烈反響。這個新的發展觀逐步演變為以人為本的可持續發展理論體系,其基本點是:經濟社會發展的宗旨是為了滿足人的生理、心理、交往、文化等全面發展的需要;發展途徑為實現資源合理有效配置,尤其注重人力資源開發和利用,逐步過渡到以人力轉變積聚和集中為主要手段的發展;基本模式為人口、資源、環境、經濟、社會、科技相互促進和協調發展,由此形成可持續發展理論框架為全方位適度人口論、資源稀缺論、生態系統論、總體經濟效益論、社會協調論等。
(二)提出經濟社會、環境、資源協調一致的可持續發展理論
經濟社會可持續發展理論。20世紀90年代以來,在各類國際文獻以及召開的一系列會議(如基多的「綜合發展觀」專家會議和北京的國際社會發展會議等)都在世界范圍內深化了社會發展理論,強調了社會的可持續發展。人們認識到經濟發展就是滿足人們的基本需求,而社會發展就是「更好地生存」。
在20世紀人類物質文明高度發達,同時也是生態環境遭到破壞最為嚴重的時期。全球發生了三大影響深遠的變化:一是生產力極大提高和經濟規模空前擴大,創造了前所未有的高度集中的物質財富,從而迅猛推進人類文明進程;二是人口爆炸性增長,20世紀人口翻了兩番,超過62億,並仍以每年7800萬的速度繼續激增;三是由於自然資源的過度開發與消耗,污染物質的大量排放,導致全球性資源短缺和環境惡化。人口膨脹、資源短缺、環境惡化和貧富分化加劇已成為21世紀困擾人類文明進步的桎梏,表明人類社會當今生存方式不可持續,四者的惡性循環為舊工業生產方式掘下墳墓,那種「先污染後治理」,以高消耗刺激增長的傳統發展模式已走到盡頭。
人們逐漸意識到人類社會與經濟的發展與自然資源、環境生態緊密相聯,人類的活動必須遵循自然規律,人類可持續發展的原則必須納入人口、資源、環境、生態體系,只有這樣,才能使人類社會系統與地球自然系統協同進化、良性循環。1992年183個國家和地區代表在巴西里約熱內盧聚會,其中102個國家的元首或政府首腦出席,討論並通過了《里約熱內盧環境與發展宣言》、《21世紀議程》、《聯合國氣候發展框架公約》、《生物多樣性公約》、《關於森林問題的原則聲明》等一系列文件,對國土資源的利用與保護提上了日程,並付諸實踐。
(三)社會資源利用與保護發展模式
西方社會也從先前的發展模式中認識到社會發展必須是「整體的」,「綜合的」,也是「協調的」。很多西方發達國家紛紛出台政策,制定法規、採取措施,對國土資源進行重新的定位和開發利用。從大量的消耗資源聚集財富到降低消耗,遵守循環經濟的發展模式,到2003年英國能源白皮書《我們能源的未來:創建低碳經濟》提出了「低碳經濟」這一新的理論和發展模式,即在可持續發展理念指導下,通過技術創新、制度創新、產業轉型、新能源開發等多種手段,盡可能地減少煤炭、石油等高碳能源消耗,減少溫室氣體排放,達到經濟社會發展與生態環境保護雙贏的一種經濟發展形態。
總體看,從國外對國土資源綜合利用與保護的研究成果來看,各國都從自身國情出發,提出的理論和制定的發展模式具有針對性,雖然國外少有直接針對像我國邊境少數民族地區國土資源綜合利用與保護方面的相關研究,但國外發展理論的演變及其規律則為本書提供了一個很好的研究樣本和理論基礎,具有一定的參考意義。但必須指出的是,這些研究常常欠缺對社會背景和社會制度的深入分析,各種發展模式忽略了各國內部存在的社會、經濟發展階段和區域之間的巨大差異,從而使理論及模式的預期指導意義相對弱化。
二、國內研究現狀
中國對於國土資源綜合利用與保護同社會經濟協調發展的認識是在西方發展理論的輸入,以及我國社會實踐的雙層擠壓中逐漸領悟到的,並部分在國土規劃等研究實踐中得到了應用。
(一)十八大報告等為區域國土資源綜合開發利用與保護戰略研究指明了方向
從我國資源開發與保護的戰略規劃來看,國內相關的研究在沿襲、借鑒國外發展理論和方法的基礎上,根據中國國情,提出我國國土資源綜合利用與保護同社會可持續發展和諧統一,並在有些細節上有所充實、完善和發展。如中共十五屆五中全會通過的《中共中央關於制定國民經濟和社會發展第十個五年計劃的建議》,把實施西部大開發、促進地區協調發展作為一項戰略任務,強調:「實施西部大開發戰略、加快中西部地區發展,關系經濟發展、民族團結、社會穩定,關系地區協調發展和最終實現共同富裕,是實現第三步戰略目標的重大舉措」。在十六大報告中論述「全面建設小康社會的奮斗目標」時,提出了「重要戰略機遇期」的新概念,認為要「全面建設惠及十幾億人口的更高水平的小康社會」,就必須使「社會更加和諧」。在全面建設小康社會和整個現代化過程中,必須進一步樹立全面的發展觀,始終堅持統籌兼顧,更加註重經濟與社會協調發展、城鄉協調發展、地區協調發展、人與自然協調發展。十六屆三中全會又提出「全面協調、可持續」的發展觀,直至十六屆四中全會明確提出構築「和諧社會」。十六屆五中全會通過的《中共中央關於制定國民經濟和社會發展第十一個五年規劃的建議》中提出了優化結構、提高效益和降低消耗的基礎上提高資源利用效率,在單位國內生產總值能源消耗比「十五」期末降低20%左右的主要目標,在十七屆五中全會上明確指出了政策的著力點將轉到提高居民收入、縮小貧富差距、推動區域協調發展,富裕人民群眾作為全新思路和戰略。
十八大報告中明確提出:資源節約型、環境友好型社會建設取得重大進展。優化國土空間開發格局。促進形成節約資源和保護環境的空間格局。全面促進資源節約,推動資源利用方式根本轉變。這些表述為我國國土資源綜合開發利用與保護的區域協調發展戰略研究指明了方向。
(二)區域國土規劃發展模式和實踐成果
從發展模式和實踐成果來看,改革開放初期,我國對國土資源的綜合開發利用與保護一般採取「層次推進」的模式。堅持讓部分地區、部分人先富起來,最終實現共同富裕的原則,這種政策本身並沒有問題,但傳統的發展觀偏重區域發展,卻忽視了區域間協調以及可持續發展。
我國「十一五」規劃首次把東中西和東北地區作為一個整體,完整地闡明了四大區域的戰略布局,即東部地區「率先發展」、西部地區大開發、中部地區崛起、東北地區振興。這種全新的區域發展戰略格局的調整充分體現了「全國一盤棋」、各地區共同發展和共同富裕的一貫思想,也是落實科學發展觀的具體體現。同時,我國西部地區尤其是邊境少數民族經濟欠發達地區,在開發利用國土資源推動區域經濟社會和整個社會協調發展的問題得到了政府和學術界的高度關注。
我國主體功能區劃相關研究成果。2010年12月21日,國務院下發《全國主體功能區規劃》,實際上是中國第一個關於國土空間開發的規劃。樊傑等(2009)對中國主體功能區的科學基礎進行了深入研究。這些成果為阿勒泰地區國土資源開發利用與保護區劃提供參考和借鑒。
(三)相關理論研究
從相關理論研究看,代表的研究成果有:國土資源部信息中心的《國土資源可持續發展指標體系研究》,從當前國土資源管理的實際情況出發,以土地資源、固體礦產資源、能源礦產為研究重點,設計了我國國土資源可持續發展指標體系的總體框架,以及土地資源可持續利用、礦產資源可持續發展、能源安全評價的基本框架;建立了我國耕地糧食生產能力指標、城市用地集約利用指數、礦產品價格指數、礦產資源國際競爭力指數、石油安全度和國土資源管理績效等6個綜合性指標。中國國土資源經濟研究院從國土資源規劃理論與實踐出發,主要針對國土資源規劃體系、國土資源規劃理論基礎、國土資源規劃編制及國土資源規劃實施等專題進行闡述,重點對國土資源五年規劃編制、國土資源與環境綜合承載力評價等實例進行了專題研究。李新玉等的《國土資源與區域經濟發展》,主要就中國土地資源、礦產資源、海洋資源開發利用的區域特徵進行分析,總結出這些資源在空間布局、發揮區域資源比較優勢、區域國土資源綜合利用等方面存在的問題,提出在國土資源調查評價、規劃、參與世界經濟分工協作、法制建設、技術進步等方面相應的對策。中國科學院國情分析研究小組的《民族語發展》、樊勝岳等的《西北地區發展戰略與對策研究》、徐建華等的《中國西部地區遲發展效應與後發優勢及創新對策研究》、王文學主持的《甘肅民族地區大開發的戰略與對策研究》、《西部大開發與甘肅區域經濟》,劉敏主編的《西北民族地區社會穩定與社會發展》和王永亮主編的《西北回族社會發展機制》等成果,不同角度、不同程度地對少數民族地區的經濟、社會、文化等進行了研究。
另外,還有很多零散的研究成果。這些研究都有效地結合中國社會的實際情況,包含了大量的理論見解,豐富和完善了我國民族地區國土資源利用開發與社會經濟發展的理論研究,對本項目研究的順利開展具一定的指導意義和參考價值。
(四)阿勒泰地區相關研究成果
近年來,已有一些針對阿勒泰地區土地、礦產、水、草場與畜牧、旅遊5種資源的開發利用與保護的論文、專著等。這些成果對阿勒泰地區單一資源開發利用、生態環境保護等有獨到的見解,為本項目研究提供了參考。
有關土地資源的研究成果較少,主要有《阿勒泰地區土地利用總體規劃》,還有地區申報土地整治項目所形成的部分資料,如《新疆天山北麓阿勒泰地區土地開發整理重大工程論證材料》(2010)等。此外,阿勒泰地區也有一些游牧民定居工程方面的實際經驗和資料,這些材料主要對阿勒泰地區土地利用現狀、存在問題等進行了闡述。上述成果對土地資源開發利用具有參考借鑒價值。
礦產資源及礦業發展成果。阿勒泰地區此類相關研究成果較多,主要有《新疆阿勒泰礦業特區建設研究與探索》(2010)、《新疆阿勒泰地區礦業經濟管理研究》(2012)。主要論文有:《加快新疆阿勒泰市礦業經濟可持續發展的思考》、《新疆阿勒泰地區周邊國家毗鄰地區礦產的可利用性》,研究報告有《阿勒泰地區礦產資源總體規劃(2008~2015年)報告》等。這些成果對阿勒泰地區礦產資源概況、礦業經濟發展等進行了研究探索。為本書的編著發揮了重要的作用。
針對阿勒泰地區草場與畜牧資源可持續利用的論著有:《阿勒泰草原的無奈和期盼》(2009)、《裂變的阿勒泰草原》(2009),《新疆阿勒泰牧區草地資源分類經營機制與可持續發展研究(2008)》(碩士論文)等。這些文獻資料為阿勒泰地區草場與畜牧資源合理開發利用與保護提供了研究支撐與參考。
阿勒泰地區為我國重要的旅遊區,旅遊資源十分豐富。阿勒泰地區先後編制實施了「十一五」和「十二五」旅遊發展總體規劃。對阿勒泰地區旅遊指導思想、原則、目標任務、旅遊資源與環境分析、旅遊業發展總體目標和保障措施等進行了闡述。2006年國家旅遊局、新疆旅遊局組織中山大學編制了《大喀納斯旅遊區總體規劃(2006~2020年)》等。2009年,中國城市規劃設計研究院與阿勒泰地區旅遊局完成了《阿勒泰地區旅遊發展總體規劃(2009~2020年)》(徵求意見稿)等。
(五)總體評述
從國內對國土資源綜合利用與保護的研究成果來看,現有的成果涉及我國某一固定區域單項國土資源利用與保護的戰略方面的研究成果相對較多,專注於區域國土資源綜合利用與保護方面的研究較少,尤其是針對邊境少數民族地區的更少。總體考察與本項目相關的研究成果,不足之處主要在於:
(1)大多數研究是將國土資源分種類,具體細化到每種資源不同的開發利用和保護方式,專門研究單個資源的開發利用與保護,但並沒有同其他相關資源統籌考慮,缺乏一定的系統性與綜合性。
(2)對中國邊境少數民族地區的研究大都集中在民族地區經濟發展的現狀、困境和途徑等方面,特別是脫貧、基礎教育、轉移支付等層面,而涉及該類地區國土資源利用與保護的綜合性戰略研究較少,系統總結研究的更少。事實上,中國邊境少數民族地區是自然資源豐富和潛力較大的地區,對國土資源利用與保護的研究,將更有利用推動當地社會經濟的發展,從而縮小地區差距,縮短區域間的不平衡發展,同時保護相對脆弱的生態環境。
(3)可持續協調發展的本質是要求用社會系統的觀點和方法探索經濟、社會發展問題,而任何發展都需要現實的物質基礎,國土資源作為社會經濟可持續協調發展的重要保障,應對其加以重視。目前學術界對於中國邊境少數民族地區國土資源綜合開發利用與保護與經濟社會協調發展等方面的研究還較為分散,系統性不強,亟待相對系統完善的成果問世,以期對這類地區的國土資源進行綜合開發利用與有效保護,促進邊境少數民族地區國土資源合理開發與保護。
因此,如何把西方社會發展理論和中國邊境少數民族地區的實際結合起來,借鑒切實有效的理論成果,提出發展戰略、選擇適合該類地區發展的路徑和模式,對邊境少數民族地區國土資源進行綜合利用、有效保護,是開展本項目研究的首要問題,也是本書研究的重要內容。
『伍』 如何去除生活污水中的COD的研究現狀
化學法
物理法
生物化學法
『陸』 國內外研究現狀及其研究進展
層序地層分析的研究方法首先是由Exxon生產研究公司的地質學家們(Van Wagoner等,;Posamentier等,1988;Van Wagoner等,1990;Sangree等,1991;Scholz等,1991)提出的。自20世紀50年代開始,經歷了50年代的沉積相模式,60年代的沉積體系分析和70年代的地震地層學等發展階段(Vail等,1977;Mitchum等,1977),至80年代提出層序地層學的概念與方法體系,經歷了地質學家和勘探工作者近半個世紀的努力。隨著高精度地震資料的應用,結合詳細的露頭資料和鑽孔岩芯及測井資料,Van Wag-oner等(1990)和Sangree等(1991)對層序概念及層序構成作了更精闢分析,並提出一套完整的概念體系和系統的研究方法。層序地層學是根據地震、鑽孔和露頭資料對地層型式作出綜合解釋。層序地層學成為一種劃分、對比和分析沉積岩系的新方法,其研究實質就是建立沉積盆地的等時地層格架(李思田等,1992)。
1.層序地層分析進展
層序地層學研究經歷了十多年的發展,不僅僅是在其應用領域取得了重要的突破,更重要的是在研究理論和方法體繫上得到了完善和補充,其突出進展體現在以下三方面:
其一是強制性海退概念的提出,海進和海退分別代表岸線朝陸地和朝海洋移動的方向。岸線移動方向是沉積物注入量與陸架上沉積物所能充填空間(可容納空間)相平衡的函數。當相對海平面上升時,在沉積物注入量較低的地區表現為海進,在沉積物注入量較高的地區仍可以表現為海退。因此,相對海平面上升與海進之間並不存在一一對應關系。但是,當相對海平面下降時,海岸線只能發生海退,並不受沉積物注入量變化的影響。相對海平面下降引起的海退響應又被稱為強制性海退(Posamentier等,1992)。Posa-mentier等(1999)對經典層序地層劃分進行了修正,將具有強制性海退的沉積層序劃分為四個體系域,即早期低位體系域、晚期低位體系域、海侵體系域和高位體系域。其中早期低位體系域由低位三角洲、低位楔組成,有些學者將其稱為強制海退楔狀體(forced re-gressive wedge)、強制海退楔形體系域(forced regressive wedge systems tract,FRWST)。與高位正常海退進積體系相比,強制海退形成的早期低位體系域有著其特有的一些特徵:①形成相對較粗的楔狀體,出現向海的一側,與上一個層序的高位體系域之間被一個過水區分隔;②早期低位海岸沉積以近源陡、遠源坡度逐漸變緩的濱面沉積為特徵;③低位進積楔的頂面由許多小的階梯狀遞降序列形成,表現為一個向海傾斜的斜坡;高位正常海退的進積單元頂面或者與下伏地層平行,或者只有一個較平緩的坡度。有了強制海退的概念,一些以前認為是古陸架砂體的沉積現在則可能被重新解釋為早期低位海岸沉積。尤其是在緩斜坡地貌背景下,強制海退形成的早期低位三角洲、低位楔狀體粒度粗,可作為有利的儲集體;垂向上存在相的突變,海侵時期細粒泥岩直接覆蓋其上,如果存在好的油源,該體系域則是很好的岩性油氣藏類型。
其二是高精度層序地層學(high resolution sequence stratigraphy)的發展引起了人們的廣泛關注並取得了顯著的進展。近年來大量的研究表明,高精度層序地層學的概念和理論可有效地應用於地下地質的研究,為精細的地層對比、沉積相和儲層特徵等的研究提供了有效的分析方法和預測工具。Cross T.A.(1994)倡導的高解析度層序地層學,代表著該領域的新進展。Cross領導的成因地層組建立了一種重要的高解析度層序地層分析方法———基準面進退旋迴分析。即:層序的發育是受全球海平面變化、構造沉降、沉積物供應量及沉積地形、氣候等各種因素相互作用制約的基準面(Base Level)的變化控制的。基準面是一個相對於地球表面波狀起伏的、連續的、略向盆地方向下傾的抽象面(非物理面),它不一定等於海平面、海平面向陸延伸的水平面或河流平衡剖面等,其位置、運動方向及升降幅度不斷隨時間而變化。基準面在變化中總是向其幅度最大值或最小值單方向移動,構成一個完整的上升與下降旋迴。基準面的一個上升與下降旋迴稱為一個基準面旋迴。一個基準面旋迴是等時的,在一個基準面旋迴變化過程中(時間域)保存下來的岩石為一個成因地層單元,即成因層序,它以時間為界面,因而是一個時間地層單元。基準面的旋迴性變化,改變了沉積的可容納空間,導致沉積與侵蝕的發生。當基準面高於地表時,有可容納空間,以沉積作用為主,侵蝕作用成為局部和暫時的;當基準面低於地表時無可容納空間,侵蝕作用占優勢,沉積作用成為局部且暫時的;當基準面與地表一致時,既無沉積又不侵蝕,只有沉積物路過。在基準面隨時間的變化過程中,地表不同地理位置上有四種地質作用狀態:沉積、侵蝕、沉積物路過(無沉積)及飢餓沉積(密集段)。
其三是不同構造背景條件下所形成盆地的層序地層格架和層序樣式,特別是構造活動型盆地。構造活動性盆地包括箕狀斷陷盆地(又稱半地塹式盆地)、雙斷型斷陷盆地、下斷上坳型盆地、前陸盆地、克拉通盆地等,這些盆地的共同特點是構造活動作用於盆地形成和充填發育的全過程。目前,對這類盆地研究比較有代表性的有:Shanley和McCabe(1994)通過對阿根廷白堊紀地層的研究,建立了半地塹盆地的層序地層樣式:Use strecher的河流-湖泊環境構造地層層序。近十年來,我國在陸相伸展盆地、前陸盆地的層序地層研究中也已取得了豐碩的成果。
2.高精度層序地層分析
在碳酸鹽岩中,小尺度沉積旋迴長期以來被解釋為米蘭柯維奇(Milankovitch)氣候旋迴引起的全球海平面高頻變化的結果。而在硅質碎屑岩地層中,過去人們傾向於用自旋迴,如三角洲廢棄和河流改道,來解釋小型的沉積旋迴,因此,類似碳酸鹽岩中的Mi-lankovitch氣候旋迴形成的硅質碎屑岩中的高頻旋迴未被重視和識別。層序地層學概念提出以後,Van Wagoner(1990)和Mitchum等(1991)認為在硅質碎屑岩地層中同樣可以識別出代表全球海平面高頻變化的小型尺度的沉積旋迴,並提出了高頻層序地層學的概念。他們在Exxon全球海平面旋迴圖的基礎上,建立了硅質碎屑岩地層中能夠識別出來的全球海平面旋迴變化的譜系,其二級到五級的頻率變化范圍在9~10Ma,1~2Ma,0.1~0.2Ma和0.01~0.02Ma,其中9~10Ma和1~2Ma為Exxon全球海平面旋迴圖上的二級和三級旋迴,由層序組和三級層序所代表。而高頻旋迴0.1~0.2Ma和0.01~0.02Ma可以在測井、岩心和露頭上,或者是一些地區的高解析度地震剖面上被識別出來,這些高頻旋迴處於Milankovitch氣候旋迴的范圍內,是由於地球軌道的周期性變化產生的。在過去2Ma年中,這種氣候旋迴與高頻海平面變化的關系已經被深海鑽孔氧同位素研究所證實。
三級全球性海平面變化疊加上四級(120k.y.)和五級(50k.y.)海平面旋迴產生復合的海平面旋迴。這種復合的海平面旋迴再疊加上構造沉降就成為一個地區的相對海平面變化。Van Wagoner等(1990)定義了兩種類型的四級旋迴(圖1-1),分別被命名為「A」和「B」。「A」型四級旋迴被定義為從海平面下降到海平面下降。如果有充足的物源供給,這種四級旋迴產生四級層序,其邊界為陸上不整合。疊加在四級旋迴上的五級旋迴產生准層序,其邊界為海泛面。「B」型四級旋迴被定義為從海平面快速上升到海平面快速上升。這種四級旋迴只產生不完整層序,其邊界為海泛面。在Van Wagoner等(1990)所用的例子中,當構造沉降量較大(15cm/k.y.以上),那麼只有三級海平面旋迴形成層序,而四級旋迴形成准層序。當構造沉降量小於15cm/k.y.時,四級旋迴可以形成層序,五級旋迴形成准層序。由此可見形成四級層序的條件是:穩定的大地構造背景、盆地構造沉降極低和較高的沉積物供給速率。
圖1-1 不同級別的海平面變化旋迴的疊加和高頻層序的發育
Mitchum等(1991)進一步明確了四級層序的概念及其構成樣式(圖1-2),在Exxon層序體系中,三級層序是由沉積體系域構成,而沉積體系域由准層序組構成,Mitchum等(1991)將這種層序稱之為基本層序(fundamental sequence)(圖1-2A)。如果體系域是由四級層序組、而不是由准層序組構成,這種層序被稱之為復合層序(Com-posite Sequence)(圖1-2B)。與四級層序類似,三級復合層序代表了全球海平面變化的一個旋迴期間的沉積。在南非海域的盆地,三級層序的時限范圍是1~3Ma,平均1.3Ma,而四級層序的時限范圍在0.1~0.5Ma之間。所以四級層序與基本層序類似,也是由體系域組成,但是時限更短,有時在精度高的地震剖面上可以識別出來。這種層序也被Vail等(1991)稱之為簡單層序(Simple Sequence),形成於可容納空間增加的速率太低,不能夠抵消高頻的全球性海平面下降時,高頻海平面變化旋迴就可以導致四級層序的發育。
圖1-2 復合層序與基本層序構成模式
綜上所述,四級層序具有三級層序的基本特徵,但是時限更短,屬於高頻層序的范疇。四級層序概念的提出雖然有很長時間,但是其應用涉及地震解析度。隨著地震數據採集與處理技術的提高,國際上著名的石油公司和產業部門開始要求在油氣勘探生產中要力求分出四級層序以便更精確地進行儲層預測。
高頻四級層序最早發現於北美大陸晚賓夕法尼亞世碳酸鹽岩地層中,其中共劃分出了至少55個旋迴。隨後,Browm等(1995)在南非Pletomos、Breadasdorp和Orange盆地白堊紀三角洲地層中識別出了時間在0.2~0.5Ma的四級層序,其體系域構成類似於三級層序。Henriksen等(1996)在挪威大陸架下漸新統海岸三角洲中劃分出了38個發育良好的四級層序。
3.構造活動型盆地層序樣式
相對於穩定被動大陸邊緣,許多盆地不僅在形成時期受構造活動的控制,而且在發育過程中,構造仍然表現為強烈的活動性,如控盆或控窪斷裂的強烈活動(活動的結果可以形成盆地復雜的古地貌形態),以及盆地充填過程中的基底快速沉降等等都可以是構造活動型盆地的特徵,此類型盆地表現形式多種多樣,可以為前陸盆地,也可以表現為伸展斷陷盆地;同時也可能是多種構造活動疊加而成的盆地類型,如鶯歌海盆地,在其演化過程中經歷了多期構造性質不同的構造活動的疊加。
國內外許多學者已經對盆地內構造活動影響和控制著盆地的沉積體系發育以及沉積地層樣式進行了研究,並提出相應的理論模型。Dawers和Underhill(2000)認為北海Statif-jord地區晚侏羅世斷層活動以及斷層與斷層之間的相互作用控制了同斷陷期的層序地層發育,沉積和沉降中心均隨斷層活動中心變動而遷移。李思田等(1998)研究結果也表明受走滑伸展構造運動的影響,鶯歌海盆地的沉積、沉降中心依次向東南方向遷移。Gupta和Cowie(2000)提出,在伸展斷陷盆地內,一方面斷層活動(包括其形成、生長、消亡等)影響沉積體系的發育,另一方面沉積地層響應記錄了不同階段的構造活動特徵。Gawthoper和Leeder(2000)對這一過程進行了總結,並分別研究了海相和陸相斷陷盆地內構造活動的沉積響應特徵以及三維演化模式。
與此同時,也有不少學者注意到構造活動對層序的影響,尤其是層序內部構成、垂向疊加樣式、沉積體系分布等發育的控製作用。如Lin等(2001)對二連盆地的層序構成、沉積體系綜合研究後,認為不同的構造階段發育了截然不同的沉積體系,同時對應於不同類型的層序,不同級別的層序地層界面受控於不同級別的構造活動。Ravnas和Steel(1998)通過斷陷盆地沉降速率與沉積特徵之間的關系,提出不同的沉降速率(代表構造活動的強與弱)控制了體系域類型的發育以及體系域的內部構成樣式。Corfield等(2000)則認為在同一盆地內同一時期不同的構造部位(即構造活動強度不同的地區)沉積地層樣式、沉積構成也是不同的,如斷層活動性強的部位(分段活動斷層之中心),在斷層上盤,地層表現為楔形,沉積、沉降中心位於斷層面附近,而斷層活動弱的部位(分段活動斷層的末端),地層呈向斜形態,沉積、沉降中心明顯向盆地方向遷移;並且強調這種差異特徵不僅在露頭上可以識別,在高解析度地震剖面上同樣可以識別。Young等(2000)則針對Suez裂谷中發育的構造轉換帶的沉積特徵以及層序地層進行了精細研究,認為構造活動不僅控制了盆地的可容納空間,而且沉積物供給速率也受其影響(或控制);高沉降速率、低沉積物供給,形成以退積和加積特徵為主的准層序樣式;低沉降速率、高沉積物供給,會形成粗粒的進積型准層序疊加樣式。
對於一個應用於構造活動盆地邊緣背景的總的層序模式而言,所有的控制層序發育的3個因素(全球性海平面變化、構造運動和物源供給)必須看作為獨立的變數。海底的構造運動與全球性海平面變化共同確定了相對海平面的變化,進而,相對海平面的變化又確定了沉積物聚集的可容納空間的大小。Yoon等(2003)將全球性海平面變化、構造運動和物源供給作為獨立的變數考慮,提出了9種可能的層序發育情形(圖1-3),均是可容納空間變化和物源供給變化的函數。一些重復的情形被去除以後,以准層序的疊積樣式為依據,可以確定出6種層序的類型。
圖1-3 構造活動型盆地層序疊置樣式
A型:A型層序由一個單獨的SPG准層序組構成,與穩定正常的海退有關,是相對海平面穩定上升和沉積物高速供給並超過了新的可容空間的增加(S'>A'max)的結果(圖1-3a)。Emery(1996)先前提出了一個類似的層序,由一個單一的體系域構成,命名為「海退體系域」。A型層序可以發育在正斷層的上盤,形成於伸展斷層的初始發育階段,並伴有迅速的沉降和斷層下盤的快速的沉積物堆積。
B型:B型層序可以形成於相對海平面穩定上升並疊加在中等物源供給的部位。物源的供給速率處於最大和最小可容納空間之間(A'min<S'>A'max,圖1-3b)。該層序與Exxon研究組提出的Ⅱ型層序基本類似,其中有2個SPG准層序組被解釋為陸架邊緣和高位體系域,夾在中間的RG准層序組被解釋為海進體系域。B型層序可以發育在迅速沉降且具有中等物源供給的伸展盆地中。
C型層序:C型層序完全由RG疊置樣式組成,與相對海平面的持續上升相伴,物源供給低(S'<A'min,圖1-3c),這種情形發生在海岸平原,以一系列階梯退縮為特徵,沉積物聚集不足以填充逐漸增加的可容納空間。
D型層序:由單一的楔形准層序組構成,具有OPG疊置樣式,發育在強制性海平面穩定下降的部位(A'<0),是由於海底的迅速上隆超過了海平面的上升(圖1-3d-f)。OPG准層序組與Hunt等(1992)的強制性海退體系域相對應。Emery(1996)也介紹了這種類型的層序,該層序由一個單一的中位體系域(midstand)組成,在這種體系域中任何時刻的沉降都不會高過沉積物的供給,從而產生海退。Hunt等(1992)認為強制性海退OPG准層序組由丘形盆底扇/裙組成,但是不一定同時發育在一個單一的海退期間。D型層序發育在低構造沉降或上隆、高沉積物供給的盆地中,活動斷層的下盤或者低坡度的前積和陸架邊緣發育最好。
E型層序:該類層序由兩個交替的准層序組組成,具有SPG或OPG疊置樣式,且與波動的相對海平面變化相伴生,海平面變化具有上升階段和下降階段,而且,沉積速率大於可容納空間產生的速率(S'>A'max)(圖1-3g)。E型層序邊界與Ⅰ型層序邊界極其類似,因為相對海平面旋迴被相對海平面下降階段所強化。然而,存在的爭議是層序邊界是放在強制性海退體系域之下,還是之上。在本文的模式中,邊界被置於OPG准層序組(強制性海退體系域)之上,因為這是在深部地震剖面上最容易識別和容易制圖的界面。
F型層序:該層序由下到上可以劃分出4個准層序組:SPG,RG,SPG,OPG。相對海平面變化具有上升和下降階段,中等到低的物源供給,並小於最大的可容空間產生的速率(S'<A'max)(圖1-3h和i)。這基本上是Exxon研究小組定義的Ⅰ型層序。相對海平面上升的早期階段,最下部的SPG樣式的准層序組對應於Exxon研究組的低位域(低位楔),或者是Hunt(1992)的低位進積楔狀體。在相對海平面迅速上升時期,沉積體系滿足條件S'<A',這是由於相對海平面上升加速的緣故,由此產生了RG准層序組與海進體系域相對應。在這一海侵單元之上,另一個SPG准層序組發育,這是由於可容空間產生較慢並相對地被物源供給超越。這是在強制性海平面上升的晚期形成的高位體系域,最上部的OPG樣式的准層序組是相對海平面下降時期的低位域(盆底扇)上半部分的沉積。
對於應用於構造活動型盆地邊緣的層序模式,構造活動和沉積物的輸入量是除了全球性海平面變化之外的主要因素,這個模式提出了6種層序類型,顯示了一種准層序組在數量上和疊置樣式上的變化。這些准層序組反映了可容納空間的變化(A')和沉積物(S')供給速率的復合效應(圖1-3)。由單一的SPG准層序組構成的A型層序與可容納空間的穩定產生和沉積物的高速供給(S'>A')相關。B型層序(SPG-RG-SPG)本質上與Exxon研究組的Ⅱ-型層序類似,形成於可容納空間穩定產生疊置在中等物源供給速率的條件下(A'max>S'>A'min);C型層序(RG)與可容納空間的穩定產生和低沉積物供給有關(A'max>S');D型層序由具有OPG疊置樣式的准層序組構成,由於海底的迅速上隆超過了全球海平面上升,可容納空間負增長(A'<0);E型層序由SPG和上覆OPG准層序組構成,它形成於具有形成和消失階段的、波動的可容納空間的變化與沉積速率大於可容納空間產生的最大速率的部位(S'>A'max);F型層序與Exxon研究組的Ⅰ-型層序相對應,從下到上被劃分為4個准層序組SPG、RG、SPG和OPG,其與可容納空間產生、消失的波動變化和中低物源供給小於可容納空間產生的最高速率的部位相關(S'<A'max)。
位於弧後的Ulleung盆地西南邊緣層序研究表明,盆地層序的發育與盆地邊緣的構造演化密切相關(Young等,2000)。在弧後盆地擴張晚期階段(中新世早—中期)迅速的沉降導致了可容納空間的持續產生和構造控制的盆地邊緣的高速和最後的中等速率的物源供給,導致了A、B型層序的發育;在弧後閉合的初期階段伴有區域性收縮變形(中到晚中新世),較慢沉降速率和來自上隆沖斷帶沉積物的輸入的增加導致了E型層序的發育。在晚中新世,Ulleung盆地的收縮調整是平靜的或不活動的,邊緣沉降加速,因此上升為主的相對海平面變化與中-低沉積物供給相配合產生了F型層序,反映了全球性海平面變化的主體控制機制。