论地质安全研究的框架体系*

彭建兵 徐能雄 张永双 夏开文 薛翊国 张 彬 杨国香 陈 剑 王飞永 臧明东 梅 钢 穆文平 王祚鹏 李 星 张 欣

(①中国地质大学(北京)， 地质安全研究院， 北京 100083， 中国) (②长安大学， 黄河科学研究院， 西安 710054， 中国)

0 引 言

地质安全是指人居环境与工程活动免受各种地质作用威胁的状态。它主要包括国土空间地质安全、重大工程地质安全、城市建设地质安全、生态文明地质安全和资源开发地质安全。地质安全科学以圈层互馈、动力耦合、过程协同和人地互馈为理论核心，以重大工程建设、资源能源开发、生态环境保护和人居环境安全为关键应用，构建地质安全系统科学理论框架关乎国家重大战略的安全实施与生态文明建设目标的实现，对我国经济建设与社会可持续发展具有重大的理论与指导意义(图 1)。

图 1 地质安全研究内涵Fig. 1 Connotation of geosafety research

图 2 地质安全研究的国家重大需求Fig. 2 Nation’s significant demands of geosafety research

(1)国家重大需求亟需筑牢地质安全保障。我国正在实施“一带一路”倡议，新时代西部大开发新格局、京津冀协同发展、长江经济带发展、黄河流域生态保护与高质量发展、粤港澳大湾区建设等重大国家战略。国家在十四五规划中进一步提出“推进既促消费惠民生又调结构增后劲的新型基础设施、新型城镇化、交通水利等重大工程建设”。在这些战略及规划的指引下，一大批如雅鲁藏布江下游水电开发、南水北调等大型工程相继规划立项或开工建设。这些大规模的工程活动正在强烈地扰动自然环境，由此带来的生态环境严重破坏已成为制约社会发展的瓶颈问题(王思敬， 2013)。为此，党的十九大报告把生态环境提到了前所未有的历史新高度，开启了生态文明建设的新时代(黄润秋， 2022)。与此同时，不管是生态环境保护与美丽中国建设，还是重大基础设施建设与国家资源能源安全，均无一例外地需要地质安全保障(图 2)。然而，影响各类地质安全的多圈层相互作用机理、人类活动与生态地质环境的互馈机制、深部地质工程环境灾害效应等关键科学问题尚未得到很好解决，现有的研究成果难以支撑重大工程建设、资源能源开发、防灾减灾与生态文明建设等国家重大需求。国家“十四五”规划和2035年远景目标纲要指出我国将陆续实施一批重大工程，打造安全可靠的现代化基础设施体系，这需要系统而深入的地质安全理论提供强有力支撑(张永双等， 2022)。因此，亟需加强地质安全领域的理论方法体系构建，切实保障美丽中国建设。

(2)人类宜居环境亟需推动地质安全发展。地球是太阳系中唯一适合人类宜居的星球，而系外宜居行星探测还有着漫长的路要走，因此维持和提升地球宜居环境仍然是目前和未来很长一段时间内保障生命延续最重要的也是最现实的途径。地球宜居历史就是一部核幔圈-岩石圈-水圈-生物圈-大气圈相互作用的交响曲，其中的一系列重大地质事件是地球和生命演化历史最为关键的转折点，比如大氧化事件、超大陆聚散、超级火山、雪球事件、生物大灭绝、大洋缺氧事件等； 具体在第四纪人类史进展过程中，内外动力地质作用和人类活动导致的地质灾害严重威胁着人类的生命财产安全和生态环境安全(姚檀栋， 2019； 陈发虎等， 2022)，比如黄河多次改道、大型地震活动、崩滑流灾害等等。人类环境的宜居性体现在空间开发安全、工程建设安全、城市建设安全、生态保护安全与资源开发安全等方面，其根基在于地质安全(图 3)； 因而，人类宜居环境亟需推动地质安全发展，从而保障和提升居住环境质量。

图 3 地球宜居历史与人类宜居环境需求Fig. 3 Earth livable history and human liable environment demand

(3)学科交叉融合亟需构建地质安全体系。地球系统科学是把地球看成一个由地核、地幔、岩石圈、水圈、大气圈、生物圈和人类社会等组成部分构成的统一系统，是一门重点研究地球各组成部分之间相互作用的科学。当前地球系统科学研究是国际重大科技前沿，它把地球看成一个统一的系统，从多时空尺度的角度来研究地球系统的整体行为，使得人类能更好地认识赖以生存的自然环境，从而更有效地防范和控制突发的自然灾害对人类所造成的损害。地质安全研究以地球系统科学为核心指导，聚焦国际科技前沿，解决制约我国国土空间安全、重大工程建设、资源能源开发、生态环境保护、人居环境安全等相关的地质安全核心基础理论与关键技术难题(图 1)。全面识别灾害隐患是中国防灾减灾最重要的工作内容之一(许强， 2020)，地质安全研究涉及多个学科领域，包括了地质资源与地质工程、土木工程、测绘科学与技术、环境科学与工程及安全科学与工程等，学科交叉融合亟需构建地质安全体系，从而推进地质安全技术变革，为重大地质灾害防控与生态地质环境保护提供强有力的技术手段，丰富地球系统科学内涵(图 4)。因此，聚焦国际科技前沿的引领方向，从地球系统科学角度促使多学科交叉融合，构建地质安全科学体系，具有重要的学科前瞻性。

1 国家战略发展面临的地质安全风险与挑战

地质安全是保障重大工程建设，减轻特重大灾害，保证资源能源安全，保护生态环境，维系社会可持续发展的重要前提。地质安全研究涉及多个方面多个领域，包括地质灾害防治、重大工程建设、资源能源开发、生态环境保护和人居环境改善等； 然而这些方面均面临着重大地质安全风险与严峻挑战。

1.1 国土空间开发利用面临国土空间地质安全风险与挑战

图 4 地质安全研究的多学科交叉驱动Fig. 4 Multi-discipline integration drive of geosafety research

国土空间开发利用所面临的地质安全风险与挑战主要来自于区域性的地质灾害。地质灾害是一种在地球内动力、外动力或人为地质作用下，地球发生异常能量释放、物质运动、岩土体变形位移以及环境异常变化等，危害人类生命财产或破坏人类生存环境的现象与过程。依据发育的层次与类型，影响国土空间开发利用的地质灾害可以分为深部灾害(地震、火山爆发和地热害等)、浅部灾害(崩滑流、地裂缝(Peng et al.，2016， 2018a，2018b， 2020； Wang et al.，2022)、地面沉降、地面塌陷等)、表部灾害(水土流失，土体沙漠化、盐碱化、沼泽化等)和水体灾害(水体入侵，水底滑塌，水岸侵蚀、淤积、后退等)； 特别是多因素耦合形成的地质灾害致灾成因机理不明、灾害规模增大、演化过程复杂、灾害的复合和链生特性明显(崔鹏， 2020)。区域性地质灾害严重威胁着国土空间地质安全，包括区域地壳稳定性、区域地震安全性及区域水土安全性(彭建兵等， 2006； Cui et al.，2021)，这使得国土空间开发利用面临重大地质安全风险(图 5)。

图 5 地质灾害结构与国土空间安全挑战(图片来自网络)Fig. 5 Geological hazard structure and national land space security challenge(Image from the internet)

地质灾害给国土空间开发利用带来的挑战主要表现在以下几个方面：一是， 特定地质灾害的动力衍生过程与机制有待进一步细化与量化，地壳稳定性与地震安全性有待系统研究，从而为灾害防治提供更为可靠的理论基础； 二是， 区域灾害的链生过程及衔环机制需要着重考虑，这有助于区域灾害整体防控的关键措施选择，从而达到断链防灾的目的； 三是， 区域地质灾害结构与国土空间地质安全的相关关系及内在联系有待突破，从而在地质灾害与国土空间地质安全之间搭建有效桥梁，研究国土空间地质安全风险演化规律； 四是， 国土空间地质安全风险区划与监测预警体系亟需建立，从而为国土空间地质安全风险动态识别与预测评估提供技术保障。

1.2 重大工程建设与运营面临重大工程地质安全风险与挑战

图 6 重大工程建设与地质安全风险(图片来自网络)Fig. 6 Major project construction and geosafety risk(Image from the internet)

重大工程地质安全是指重大工程在工程规划、建设与运营阶段不受地质动力作用或地质环境变异发生损害威胁的状态。重大工程地质安全涉及：区域安全性、地震安全性、场地安全性、边坡安全性、地基安全性、渗透安全性等方面(图 6)。随着我国经济的高速发展，一大批国家重大工程开始实施，例如治理改造工程中的黄土高原平山造城、桥隧工程中的港珠澳大桥建设(彭建兵等， 2020； 许强等， 2020)、水利水电工程中的雅下与三峡水电站建设(唐辉明等， 2018)以及京津冀协同发展城市群建设等(图 6)。自然环境会对重大工程的建设与运营形成制约，同样这些重大工程建设活动必然也会对自然环境产生影响(彭建兵等， 2001)，改变其中的关键地质要素，因此工程建设与地质环境相互作用引发的地质安全问题涉及地质体、岩土体、灾害体和结构体，四者相互作用，两两互馈； 这给工程防灾减灾及社会可持续发展带来了风险。

重大工程建设面临的地质安全挑战主要表现在以下几个方面：一是， 自然环境中的地质体与灾害体对承灾体(工程体)影响的多尺度表达，重大工程的选址、处理、建设与运营各个阶段面临着来自于地质体和灾害体多个尺度因素的影响，需要进行周全的综合考虑，这其中包含了区域稳定性与动力特征、研究区地质构造与岩性组成、地质灾害分布与演化规律、地基岩土层序与力学特性等等，即区域稳定动力变化下重大工程地质安全风险的产生机理； 二是， 承灾体(工程体)建设与运营阶段如何反馈作用于地质体与灾害体之上，重大工程建设与运营会使得自然环境因素产生改变，从而致使地质体形成不稳定体、灾害体演变为危险体，这都会严重影响重大工程地质安全； 三是， 如何开展重大工程地质安全的隐患识别、工程灾变感知及监测防治的全寿命周期多位一体化技术开发，这将切实保障重大工程地质安全。

1.3 城市建设与发展面临城市地质安全风险与挑战

随着我国社会经济的快速发展和城市规模的日益扩大，超大城市群及城市地下空间开发已经成为中国城镇化的新常态，成为区域经济社会发展的重要载体(王成善等， 2019； 朱合华等， 2019； 陈湘生等， 2022)。以单个城市为中心的城镇化正在向城市群为依托的城镇化转变，以中心城市引领城市群发展、城市群带动区域发展的新模式，有助于促进区域经济增长，从而提升区域发展优势(黄言等， 2019)。目前正在建设或已成规模的超大城市群有京津冀城市群、成渝城市群、长江中游城市群、长江三角洲城市群、珠江三角洲城市群和粤港澳大湾区城市群(图 7)。超大城市群建设需要更加高效的区域交通网络和国土空间资源配置，这些工程活动对地质环境的改造使这些区域难以避免地面临着严峻的城市地质环境问题与地质灾害防治问题(吴月等， 2021)，威胁城市地质安全中的地面安全性和地下安全性，给城市建设与发展带来了重大地质安全风险。

城市建设与发展面临的城市地质安全挑战主要表现在以下几个方面：一是， 如何建立精细透明化的城市地质信息模型，探究超大城市群与区域地质环境之间的互馈关系，这种互馈关系研究涉及城市群建设、运行与保障的各个阶段，两者在每个阶段的互馈机制既有区别又有联系； 二是， 多因素耦合下城市地面灾害机理与地面建筑地质安全，多动力协同下城市地下灾害机理与地下空间地质安全； 三是， 城市群建设运行过程中如何构建城市地下地质缺陷与工程病害探测与防控预警体系，这将切实保障城市地质安全与城市群的建设与发展。

图 7 城市建设发展与城市地质问题(图片来自网络)Fig. 7 Urban construction development and urban geological problems(Image from the internet)

图 8 生态系统组成要素与典型生态问题(图片来自网络)Fig. 8 Ecosystem component elements and typical ecological problems(Image from the internet)

1.4 生态保护面临生态地质安全风险与挑战

受人类活动和气候变化的影响，自然环境内部出现了一系列生态问题，比如水土流失、水土污染、土地盐渍化与荒漠化、森林和草地资源减少、湿地缩减、三角洲萎缩、生物多样性减少、水污染疾病传播等等(于贵瑞等， 2021)； 另外地质灾害也会对局部生态环境产生破坏，生态地质安全引起了越来越多国家的重视(图 8)。近几年我国也陆续出台了一系列有关生态保护的政策方针，这其中流域生态保护是重点研究对象，如黄河流域生态保护与长江流域生态保护等(兰恒星等， 2021)； 流域生态结构与功能发生的巨大变化，致使流域生态面临着较大的地质安全风险与挑战(王艳芬等， 2021)。除此之外，山地、高原、平原、湖泊、湿地、海洋、城市以及荒漠区的生态保护与生态修复等方面也受到了越来越多专家学者的关注，比如秦岭山地、青藏高原、黄土高原、黄河三角洲、罗布泊荒漠区等(彭建兵等， 2019)，生态效应与生态调控研究为地球宜居性的构建提供科学支撑(朱日祥等， 2021)。人类活动与地质营力对生态地质安全产生了较大影响，包括水土安全性、植被安全性及生态系统稳定性，给生态地质安全带来了重大地质安全风险。

生态保护面临生态地质安全挑战主要表现在以下几个方面：一是，如何揭示生态系统中的气-生-土-水-岩要素的相互关系及其与地质环境变化的内在机制，构建准确合理的生态环境演化与区域分析系统模型； 二是，如何探究生态环境系统、地质环境系统与灾害环境系统之间的动态平衡机制与模式、互馈关系与递进演化过程； 三是，如何构建生态地质安全风险的动态监测、生态修复与调控保护技术体系，从而保障生态地质安全的健康与可持续发展。

1.5 资源开发利用面临资源开发地质安全风险与挑战

岩土体中的煤、石油、天然气、地下水等资源是国家经济发展的命脉与动力。我国是资源储量大国，同时也是资源需求量大国； 随着地球浅部矿物资源逐渐枯竭，深部资源与新能源开采迫切需要更大的技术突破与地质安全保障。然而，由于深部岩体典型的“三高”(高地应力，高地温，高流体压力)赋存环境的本真属性及资源开发“强扰动”“强时效”的附加属性，深部岩土体极易发生软岩大变形、岩爆、高压、热害、瓦斯爆炸、突水突泥、塌方等灾害(李术才等， 2018； 冯夏庭等， 2019； 谢和平等， 2021)，同时资源的不合理开采也会导致地裂缝、地貌沉降和地面塌陷等次生地质灾害以及生态破坏的发生(彭苏萍等， 2020)(图 9)，这种开采诱发的灾害效应给深部资源开发带来了严重的地质安全风险，严重威胁着资源开发地质安全，包括采动地质安全、储存地质安全和开发环境地质安全。

资源能源开发利用面临资源开发地质安全挑战主要表现在以下几个方面：一是，如何构建资源开发过程中环境效应评估与反馈机制，阐明深部开采与深部储存下地质灾害机理与地质安全风险的关系； 二是，如何从多尺度多场耦合角度分析资源开发与区域地质环境的间的互馈作用，区域地质环境影响资源开发的各个阶段，同样资源开发也会导致地质环境变化，甚至演变成地质灾害，其环境灾害效应需要进行动态评价； 三是，如何构建资源开发过程中地质安全风险的深部灾害感知、监测预警和调控减灾的技术体系，从而保障资源能源开采地质安全与高效产出。

图 9 资源开发引发的地质安全问题(部分图片来自网络)Fig. 9 Geosafety problems caused by resource development(Image from the Internet)

上述分别分析了目前我国在国土空间、重大工程、城市建设、生态保护与资源开发方面面临的地质安全风险与挑战，这五个方面归根到底都是人居地质安全的研究范畴。随着我国经济的飞速发展，构建地质安全理论和人地协调理论体系是保障区域经济可持续发展的关键环节，是当代和谐社会和美丽中国建设的必然要求。

2 地质安全研究架构体系

地质安全风险与挑战是研究的驱动力，主要科学问题是应对风险与挑战的重要环节，理论方法则是解决问题的关键突破口，研究方向是通过突破口的有效途径。针对国土空间、重大工程、城市建设、生态保护与资源开发方面面临的地质安全风险与挑战，下面分别详述各方面的主要科学问题、研究思维及研究方向。

2.1 国土空间地质安全

从整个地球尺寸上来讲，构造动力因素分为以下几个层次：深部核幔运动、中部壳幔运动和浅部壳内运动。外地核与固态的下地幔旋转速度不同与瞬时自转轴不一致(地球自由核章动FCN)，致使固幔与液核之间产生相互作用(崔小明等， 2018)，核-幔差异旋转运动导致地幔对流、地幔羽和地幔柱等深度构造活动； 中部的壳幔运动是软流圈地幔、岩石圈地幔和地壳三者的物质与能量的交换过程，主要的动力过程有拆沉作用、底侵作用、熔融作用和地幔隆升，从而导致陆壳的增厚与减薄； 浅部的壳内运动主要有地壳的流展与挤压、基地断块差异运动、断裂构造活动(包含地震活动(Xia et al.，2004， 2005))等，这些均可直接影响表部区域稳定性，这三个层次动力过程相互影响与制约，有着密不可分的关系(侯增谦等， 2021； 姚鑫等， 2021)。对于地表动力因素而言，可以分为：重力作用、水力作用、生物作用、大气作用，化学作用及人类活动； 其中重力作用可造成崩滑流地质灾害(Peng et al.，2015， 2018a， 2018b， 2019)，水力作用主要体现在侵蚀、搬运和沉积过程，生物作用主要分为动植物和微生物，化学作用有溶解、水化、水解、碳酸化和氧化作用等，人类活动则主要表现有空间创造和空间改造行为。对于气候动力因素而言，指的是由于气候分区不同而造成的温度、风力与降雨等的空间分布差异，需要着重关注的是气候变化和跨区联动引发的极端现象，大气运动及气候变化对于防灾、减灾有着重要的影响(安芷生等， 2015； 郭正堂， 2017)。这三个方面(构造、地表、气候)既可单方面又可耦合威胁国土空间地质安全，并且多以区域地质灾害的形式表现出来，三者耦合作用如何制约国土空间地质安全是该方面的主要科学问题。

针对这一科学问题可采用地球系统科学理论进行有效探索，运用“一长八多”思维体系可对该问题进行很好的分析：长时序、多圈层、多尺度、多因素、多过程、多动力、多营力、多水源与多作用场。研究方向可分为： ①区域地壳稳定性与地震安全性； ②区域地质灾害发育规律与成因机理； ③国土空间地质安全风险演化与区划； ④国土空间地质安全风险动态识别与预测评估(图 10)。

图 10 国土空间地质安全的关键问题、指导理论与研究内容Fig. 10 Key issues， guiding theories and research contents of national land space geosafety

2.2 重大工程地质安全

目前我国的重大工程建设涉及到了多个地貌单元，比如青藏高原系列铁路和雅下水电建设、黄土高原的平山造城工程、长江流域区的三峡水利水电工程(殷跃平等， 2022)、华北平原的京津冀超大城市群、粤港澳地区的港珠澳大桥等等； 另外还有一些重大的线路工程、深地工程、深海工程及极地工程等。这些重大工程建设所在的地质环境彼此之间差异很大，如高原上的重大工程必然面临高地震烈度、高地应力、高位能、高寒和高环境梯度等地质环境因素(祁生文等， 2011；Zhang et al.，2022)，因此不同的地貌单元有着不同的地质环境，不同的地质环境对重大工程建设的影响有着较大的区别； 反而言之，不同工程类别与形式对地质环境的影响也是不同的，它也会反作用于地质环境，因而地质环境与人类工程活动两者之间存在互馈作用关系，两者互馈作用如何影响重大工程地质安全是该方面的主要科学问题。

针对这一科学问题可采用四体互馈理论进行有效探索，四体互馈指的是地质体、岩土体、灾害体和结构体(承灾体或工程体)间的相互作用。研究方向分为： ①区域稳定动力变化下重大工程地质安全风险； ②地质体-岩土体-结构体相互作用规律及其灾害效应； ③重大工程灾变机理与风险感知； ④重大工程地质安全风险动态识别、监测预警与防控(图 11)。

图 11 重大工程地质安全的关键问题、指导理论与研究内容Fig. 11 Key issues， guiding theories and research contents of major project geosafety

2.3 城市建设地质安全

城市群建设过程存在诸多种人类对自然环境的改造行为，如侵占、置换、开挖、堆载、充填等，这些行为对自然环境的影响可称之为人类营力。城市建设是人类营力最为常见也是强度较大的一种，城市建设过程中的应力场、渗流场、温度场、化学场等多场演变及耦合作用过程处于动态变化中，会诱发地裂缝、地面沉降与地面塌陷等地质灾害，灾害所引发的工程地质问题具有多维性、复杂性、系统性等特点，给城市建设与运营及城市地质安全带来了严重威胁(彭建兵等， 2012， 2017； 何国辉等， 2020； 乔建伟等， 2020)。另外，城市建设所在的区域地质动力因素也会严重影响城市地质安全，如区域应力场、断裂活动等； 因此城市建设多营力与地质动力的叠加作用在研究城市地质安全、降低城市地质安全风险中有着重要的意义，两者之间的叠加作用如何危及城市地质安全是该方面的主要科学问题。

针对这一科学问题可采用协同耦合理论进行探索，协同耦合指的是城市建设营力与地质动力耦合、城市建设与自然环境协同。研究方向可分为： ①城市建设与地质环境互馈作用的灾害效应与动态平衡； ②多因素耦合下城市地面灾害机理与地面建筑地质安全； ③多动力协同下城市地下灾害机理与地下空间地质安全； ④城市地质安全隐患精准探测、预测预警与韧性减灾(图 12)。

图 12 城市地质安全的关键问题、指导理论与研究内容Fig. 12 Key issues， guiding theories and research contents of urban geosafety

2.4 生态保护地质安全

生态地质安全属于生态地质学研究范畴，生态地质学以地质学的理论方法为主线，以生态学的思想观点为指导，在地球系统科学整体框架下研究岩石、土壤、水、生物群落及其在现代地质作用下(包括自然和人为因素)产生的生态地质问题与效应(张森琦等， 2007)。生态地质研究框架的组成要素包括气(气体)、生(生物，包括人类)、水(水体)、土(土体)和岩(岩石)，涉及的圈层有大气圈、生物圈、水圈、土壤圈和岩石圈。生态环境基础是以山、岩、土、林分别构成骨、肉、皮、毛等有机体，而水则充当了类似于人体的血液； 水藏于山中，滋养或者破坏山、岩、土、林，五者之间的相互作用与制约则形成了生态地质环境系统的内生关系(彭建兵等， 2022)。这些要素之间相互联系、相互影响，这些圈层之间相互作用、密不可分(傅伯杰等， 2021)； 岩-土-气-水-生等多圈层的相互作用与协同演化如何损害生态地质安全是该方面的主要科学问题。

图 13 生态地质安全的关键问题、指导理论与研究内容Fig. 13 Key issues， guiding theories and research contents of ecological geosafety

针对这一科学问题可采用地球关键带理论进行有效探索，地球浅层岩石-土壤-大气-水-生物(包括人类活动)相互作用，为生命系统提供支撑资源的地球表层系统。研究方向可分为： ①生态地质环境系统构成、演化与区域系统模型； ②水-土-气-生-人互馈作用及其生态损害效应； ③生态地质安全动态平衡与调控保护技术； ④生态地质安全风险动态识别、预测预警与综合评估(图 13)。

2.5 资源开发地质安全

资源能源是国家经济发展的命脉与动力，包括了传统常规的煤炭、石油、天然气，新能源中的太阳能、风能、水能、生物质能、地热能、核能、海洋能、氢能等，以及页岩气、天然气水合物、煤层气等非常规油气能源。这些资源能源的开采会带来一些环境灾害效应，比如温室气体排放、高放废物辐射、水土污染、空气污染、次生地质灾害(地面沉降，地面塌陷、地裂缝等)以及生态破坏等； 这些都给资源的长效利用与资源开发地质安全带来严重影响。资源能源开发与地质环境的互馈作用下引发的环境灾害效应如何威胁资源开发地质安全是该方面主要科学问题。

针对这一科学问题可采用多相介质的多场耦合理论进行有效探索，多相介质指的是固相、液相和气相； 多场包括应力场、渗流场、温度场、化学场等(施斌， 2013)。研究方向可分多个方面： ①资源能源开采与区域地质环境互馈机制及环境灾害效应； ②深部开采下地质灾害机理与地质安全风险； ③深部储层多场多相耦合灾害机制与地质安全风险； ④深部地质安全风险精准感知、预测预警与调控减灾(图 14)。

图 14 资源开发地质安全的关键问题、指导理论与研究内容Fig. 14 Key issues， guiding theories and research contents of resource development geosafety

图 15 人地协调系统结构Fig. 15 Man-land coordination system architecture

综上所述，国土空间地质安全、重大工程地质安全、城市建设地质安全、生态地质安全与资源开发地质安全所需要解决的主要科学问题与可能突破的研究方向都是在研究人与自然之间的协调问题与途径。人地协调包含了两个系统：自然系统和人为系统(彭建兵等， 2020)； 人地协调直接影响人居环境，地质安全理论是两个系统的重要咬合点； 构建人类与自然的宜居地球共生系统，是实现与提升地球宜居性的有效尝试(图 15)。

3 结论及展望

地质安全是保障国土空间安全、护航重大工程建设，提升城市发展质量，保护生态环境平衡，保证能源资源供应，维系社会可持续发展的重要前提。保障地质安全-营造长久宜居环境、控制灾害风险-减轻人居安全隐患、保护地质环境-建立生态安全体系、开发地下空间-创建新型宜居场所、把握人地和谐-延长地球宜居寿命，这些科学命题值得我们深入探索和研究。具体来讲，有以下6个方面的展望。

3.1 解析区域地质灾害空间层次与结构，构建国土空间地质安全关联保障体系

国土空间地质安全与区域地质灾害的发育特性有着紧密的关联，包括地质灾害的分布规律、活动强度、发育阶段、空间组合结构等。基于对区域地质灾害发育特征与成因机制的认识，亟需开展地质灾害空间层次与结构整体分析，解析不同灾种间的链生关系，深化区域地质灾害与国土空间地质安全的关联机制，确保区域经济可持续发展。

3.2 揭示地质体-岩土体-灾害体-工程体四体互馈机制，建立重大工程地质安全协调管控模式

重大工程建设是人类影响和改造自然的重要方面，重大工程地质安全研究的关键在于分析四体之间相互作用过程与机制，即地质体-岩土体-灾害体-工程体如何互相影响与制约。基于区域稳定动力学理论基础，亟需开展重大工程建设的地质环境效应研究，揭示重大工程建设与地质环境的互馈机制，护航重大工程的安全修建与运营。

3.3 明晰城市建设营力与地质动力相互作用过程，提出城市建设与地质安全协同工作范式

城市建设是改善人居环境的重要途径，同样也是人类施加在自然环境上的一种人类营力，人类营力与地质动力的共同作用严重影响着城市建设地质安全。基于城市多源透明地质信息融合系统，亟需开展城市建设营力与地质动力叠加作用研究，阐明城市建设营力与自然动力环境耦合过程与协同机制，切实保障城市人居安全。

3.4 揭示生态环境与地质环境失衡规律，形成生态保护与地质安全和谐平衡理论

地球关键带内的岩石-土壤-大气-水-生物及人类活动是表层生态系统的本地要素，它们的组成与相互作用决定了生态系统的功能状态。基于生态地质环境系统构成与多要素多圈层综合生态模型，亟需开展关键带生态本底要素及其结构探查，破解生态环境系统、地质环境系统与灾害环境系统间的协同演化与平衡机制，保护生态环境健康运行。

3.5 明确多相多场作用下地质环境灾害效应，探索资源能源开采与地质安全防控自适调控机制

资源能源开发利用过程是多相介质的多场动态耦合作用过程，从传统资源开发到新能源开发利用，从地下能储与高放废物处置到碳封存，这其中作用过程隐匿、机理复杂。基于资源能源开采下灾害效应分析，亟需开展资源利用导致的地质灾害演变与成灾过程研究，阐释资源能源开发利用下多相介质的多场耦合机制，保证能源资源持续供应。

3.6 构建地质安全风险综合防控技术体系，实现人地协调并提升地球宜居性

地质安全设涉及国土空间、重大工程、城市建设、生态文明和资源开发等方面，地质安全理论是技术开发的基础，而技术体系的构建是理论的应用与落脚点。面对重大的地质安全风险与挑战，亟需构建多位一体的地质安全风险早期识别、监测预警与防治调控综合技术体系，这是实现人地协调并提升地球宜居性的有效途径。