自20世纪60年代以来，随着全球性工业化和大城市化的迅猛发展，世界城市环境已产生巨大变化。城市化和工业化一方面带来经济繁荣，使人民生活提高；另一方面同时也产生了交通拥挤、土地资源衰退、淡水资源匮缺、能源紧张、地表水和地下水污染、环境质量恶化、生态平衡破坏、人口爆炸性增长、住房短缺及空气污染等不良后果，使人类正遭受着环境风险的冲击。因此，有关环境地质研究已引起人们的普遍重视。
有关环境地质学的基本问题已有不少专著（Frederick B Jr，1975；Keller E A，1981和1988，Hansen W R，1982）论之。由于环境地质学研究范围大，涉及内容庞杂，因此，不同学者对环境地质学概念的理解也不完全一致。据克勒（Keller E A，1981）定义：环境地质学是一门倾向于应用的学科。它是应用地质学的基本原理研究人类或人类社会与地质体之间的相互作用、相互影响，特别是人类的工程和经济活动对地质体的相互作用和相互影响的学科。它所涉及的内容主要有各种资源利用和地质灾害防治等。把环境危机及地质灾害尽量地减少到最小的限度。我国环境地质的创始人刘东生院士早在20世纪60年代就呼吁开展环境地质科学研究，为我国环境科学的发展作出了杰出成就。
作者在10余年来对北京地区环境地质和第四纪地质研究的基础上，参考北京市地质矿产局的有关资料，应用系统论方法，总结北京地区主要的环境地质问题，并对其风险趋势作出分析（郭旭东和王思敬等，1996）。
一、北京环境地质系统的构成
从环境地质学上看，地球是一个巨大的封闭系统，其中包含着大气圈、岩石圈、水圈、生物圈和人类圈等子系统。无论是大系统或子系统，各种环境地质过程都以一定的系统性、关联性和特殊性，共同处在一个相对的动态平衡发展中。由于人类或人类社会对环境地质系统的影响，往往使其相对平衡状态受到破坏，产生某些突变，而给人类自身带来灾难。为了减轻或克服各种灾害，我们必须在抑制中求发展，在不平衡中求平衡，把环境质量恶化对人类的影响减少到最低限度。北京地区西北东（部分）三面环山，南部和东南部为向外开放的平原，从自然条件上看，它构成了一个独立的环境地质系统。在该系统中又可分为山地子系统，山前子系统和平原子系统三部分。在各个子系统中，各种环境地质事件和过程显著不同，现分述如下。
（一）山地子系统
山地子系统指的是北京山区，包括北京西山和北山（军都山）两部分。面积10，280 km2，约占全市面积的2/3.其中以东灵山（海拔2，303 m）为最高，白草畔（海拔2，145 m）次之。此外，还有百花山（海拔1，991 m）及云蒙山（海拔1，414 m）等一些高程低于2，000 m的中等山系。平均高程约为1，000 m。绝大部分为海拔1，000 m以下的低山和丘陵。2.5 MaB。P。北京西山上升幅度达300~450 m，目前北京山区的东坡和南坡降水量大大高于西坡和北坡。东坡和南坡年降水量一般变化在800~500 mm之间，而西坡和北坡则只有450~500 mm。此外，山脉上升使山区谷坡变陡，侵蚀基准面下降，沉积物增多，加上人类对山区生态系统的破坏等，给泥石流的发生提供了有利条件。暴雨型泥石流是北京山区的主要环境地质问题。此外，由于人工开矿、修公路和水利建设原因而诱发的环境地质问题有矿山塌陷、山坡崩塌及滑坡等，但其规模都较小，发现地点也不多。
（二）山前子系统
山前子系统指的是北京西山和北山的山前地带，地面坡度为5°~10°的缓倾斜山原梯地。它是山地向平原区的过渡带。从山地子系统流经本区的主要河流有潮白河、温榆河、永定河及巨马河等。诸多河流自山区搬运的砂砾石在此沉积，形成了一系列冲洪积扇。沉积类型除了冲洪积物外，还包含有坡积物和坡洪积物。由于此带沉积物较粗，透水性能良好，因而它是北京平原区地下水的补给区。最近10余年间大规模发展工业、开发矿产等所排放的污水和废渣石，经常使地下水受到不同程度污染。因此，本子系统中地下水污染、人工堆石、矿山塌陷以及滑坡等便成为主要的环境地质问题，这些环境地质灾害在门头沟、大灰厂等地均可见。
（三）平原子系统
平原子系统指的是北京平原区，也就是北京城市所在地。整个平原面大体上自西北向东南方向呈微倾斜延伸，坡度变化在2°~5°之间，海拔高程变化在约50~70 m。从地貌上看，该平原面相当于永定河的第二级阶地面，因此，它是晚更新世堆积的产物，大致为0.10~0.012 MaB。P。。无论是地质时代或历史时期，北京平原由于受新构造运动的影响，古河道的变迁十分频繁，使它同河北平原一起构成一个相当典型的泛滥平原。第四系沉积物以黄土状土为主，夹含粉细砂土层及黏土层，少部分地点有泥炭及高炭质淤泥堆积。这些沉积物除了黏土层外，其透水性能和富水性能均良好，使北京平原区含有丰富的地下水资源，成为北京工农业及生活用水的重要水源地。但自山前至平原南部，第四系沉积物逐渐由粗变细，沉积物相变很大。因此，本区含水层也不太稳定，除了东郊地区有承压水层外，一般都是潜水。目前开发利用的地下水大多为浅层潜水，总体来说北京是一个缺水的城市。近年来，由于过量开采地下水，而引起地面下沉的现象已日趋严重。此外，由于城市工业废水的排放，地下水污染已成为一种重要的公害。由此可见，平原子系统中，地下水位下降、地面沉降及地下水污染等已成为日益引人注目的环境地质问题。
二、若干重要环境地质事件的记录
（一）泥石流
北京山区泥石流属暴雨型泥石流。它也是山区最突出的地质灾害。据近年来的调查和历史记载，自1867—1991年，在125年间北京山区共有24个年份发生泥石流，平均5年发生一次。清光绪十四年（1888年），房山县和门头沟区的山区曾暴发了特大泥石流，造成1，800余人死亡，49个村庄被毁。1939年，北京山区普降特大暴雨，在怀柔县中部和北部，昌平县德胜口村、黑山寨，房山县及门头沟区的很多山谷中都暴发了泥石流，损失惨重。建国以来，泥石流对北京山区人民的危害并未减轻。1950—1991年的41年间，共有15个年份发生泥石流，其中危害最大的泥石流活动发生在1950年，1969年，1972年，1976年，1989年和1991年。据考证，20世纪50—60年代以来，北京泥石流多发生在西山南段房山县和门头沟区境内。而20世纪60年代至今，北京山区泥石流则主要集中在密云县北部及怀柔县境内。这可能与山区暴雨气候系统的北移有关。据统计，建国以来的45年间，由于泥石流灾害，使山区人民生命和财产蒙受重大损失。死亡519人，其中有2次死亡人数就达18人，财产损失达2.65亿元。北京山区泥石流发生的原因，除了第四纪以来山体不断上升导致谷坡变陡和沉积物增多、剥蚀增强等因素外，还与人们大规模的开发工程及开挖剥土活动有密切关系。因而泥石流是北京山区重要的环境地质问题。1992—1994年，在北京市人民政府的资助下，北京市地质矿产局对泥石流进行了较系统和深入的调研工作，在泥石流的分布、成因、形成机制、运动机理、危险区划、预警预报及综合整治等各方面都取得不少新进展，为把泥石流灾害减少到最低限度作出了贡献。
（二）地下水位下降
北京市总面积为16，808 km2，其中山地面积占10，280 km2，平原面积占6，528 km2.平原区地下水资源丰富。1992 年平原区地下水储存资源量达646.1亿m3.多年平均可采资源量为25亿m3/a，且以市中心区为最多，达122亿m3/a。自1961—1992年，北京地下水多年储存变化量呈亏损状态，年储存变化量的累积亏损达43.8亿m3.城近郊区地下水动态变化较为典型：20世纪60年代西郊地区地下水位下降速率为0.1~0.2 m/a；东郊承压水地区地下水位下降速率为0.3~0.5 m/a；20世纪70—80年代初地下水开采达历史上最高峰，导致地下水位大幅度下降，西郊地下水位下降达10~15 m；东郊承压水位下降11~15 m；20世纪80年代后，由于引潮河入京，控制了开采量，加上1985—1988年降水偏丰，使城近郊区地下水位下降速率减缓，西郊地下水位下降速率为0.2~0.6 m/a；东郊承压水位有所回升。
正如蒋才俊（1995）指出的那样，“目前，北京地下水开采量已超过允许开采的警戒线，产生和引发了一系列环境地质问题，如不及早采取治理措施，将导致北京城市的环境地质危机。”
（三）地面下沉
地面下沉是由于平原区过量开采地下水而引起地下水位下降，导致地层压缩作用，产生地面高程降低的现象。目前，它已成为中国各大城市普遍存在的一个环境地质事件。
北京地面下沉现象主要发生在市中心区的东（北）部，始于20世纪50年代末，因大规模开采第四系承压水而导致地面下沉，大致可分4个阶段：
（1）缓慢形成时期 时间在1966年以前，沉降中心区下沉速率为2~5 mm/a。
（2）加速发展时期 时间在1970年后，地面下沉速率达10 mm/a。
（3）快速发展时期 时间为1973—1981年，最大下沉速率达50 mm/a，其中1981年达81 mm/a。
（4）下沉减缓时期 时间为1981年以后，其中1983—1987年，地面下沉量仅为29 mm，只有1983—1987年下沉量的一半。
自20世纪50年代末至今的30多年间，东（北）部地面下沉范围已达800 km2，其中累计沉降量&；；gt；50 mm的地区，面积达313.96 km2，形成一个“哑铃”形的沉降漏斗。此漏斗有2个沉降中心：北面以来广营为中心的漏斗，自1955—1983年累计下沉量为307 mm；南面以大郊亭为中心的漏斗，自1955—1983年累计下沉量达597 mm，甚至可达619 mm。此类沉降漏斗的成因大致有两方面：
（1）地面沉降随地下水开采量的增加而加大。如1966年以前，地下水开采量未超过4，000万吨时，地面沉降量则很小。1966—1984年，地下水开采量逐年增大，这时地面沉降量也明显加大，特别是从70年代中期起，地面沉降量突然增加，这正好是地下水开采量猛增时期。
（2）地面沉降随地下水位下降而发展。如20世纪70年代地下水开采量猛增，水位快速下降，并最终形成地下水降位漏斗。这一降位漏斗中心，也就是地面沉降中心，地下水位下降幅度与地面沉降幅度呈正相关关系。
在平均雨量变化不大时，地下水位开采量成为地下水位变化的主要因素。因而，地下水开采量越大，即地下水位降低愈快，地面沉降量也就愈大。
（四）地下水污染
根据近年的监测资料，北京城近郊区地下水污染日益严重。现今全市1990年人口为10 819 407人，预计到公元2000年将达到1，500万人，一年排放的污水达8亿m3，生活垃圾300万吨，粪便200万吨，工业废渣670万吨。1970年前地下水总硬度和硝酸盐氮平均每年升高0.2度和0.18 mg/l。1970年后平均每年升高0.5度和0.49 mg/l。其总硬度超标面积，从1980年的216 km2，及1985年的245.5 km2增加到1990年的273.98 km2，硝酸盐氮超标面积亦在不断扩大。两者超标面积平均每年增大了5~6 km2和0.28 km2.预测到公元2000年其超标面积将达到350 km2和160 km2.
远郊区地下水水质虽比近郊区为好，但近年来人类活动增强，乡镇企业发展很快，加上环保措施差，地下水也已受明显污染。房山区受燕山石油化工总厂排污的影响，使牛口峪水库及其下游地区地下水总硬度及硝酸盐氮大大超标。并普遍检出酚、氰、砷和铬等有害物质，其中特别是酚和氰物质均已超标。其他区县的地下水也受到不同程度的污染。根据地下水污染的程度，北京市目前可分为污染区（城区）、中度污染区（近郊）、轻度污染区（远郊）和无污染区（山区）等4种类型。
应当指出，近10年来，北京市投巨资对城市环境进行改造，已取得重大成就。除了大规模植树造林外，对地下污水的净化处理和利用亦得到很大进展，到2008年北京将有8%的地下污水得到净化处理和利用。到2020年北京将有100%的地下污水得到净化处理和利用，地表水的净化处理已基本完成。
（五）矿山塌陷
矿山塌陷现象主要分布在北京西山区。那里广泛出露的侏罗系、石炭二叠系含煤地层，经长期开采，特别近几十年来，采煤量不断增加，地下采空区不断扩大，在重力、暴雨和人类活动等的影响下，矿区内煤产地均已出现不同程度和不同形式的塌陷。矿山塌陷已造成巨大经济损失，并严重地影响到村民们的正常生产和生活。北京市门头沟区北岭王平口村位于木城涧煤矿的采空区内，由于煤层产状平缓，使该区地面呈整体性下陷，出现的陷场规模大、数量多。房屋普遍倾斜、开裂，不少良田被毁，并发生过人、畜伤亡及汽车被陷等事故。最近30年来，该村因矿区塌陷事故而被迫3次搬家。诸如此类搬家现象在农村还有很多。此外，矿山塌陷还使铁路、公路、桥梁及路基等受破坏，在雨季时降雨往往沿着裂缝，塌坑渗入地下巷道或煤窑，造成巷道涌水，煤窑集水等事故，严重影响煤矿的正常生产，导致重大经济损失。
据初步调查，矿山塌陷的地表形态主要有下列几种：
（1）漏斗状；
（2）线状；
（3）条带状；
（4）不均匀沉陷和倾斜；
（5）山体整体下塌等。塌陷与煤层大小、产状、顶底岩柱及煤层厚度等地质条件有关。
三、北京环境地质系统的风险
从自然地理上看，北京市的北、西、东（部分）被群山环抱，南部和东南部为一片宽阔的向外开放的缓倾斜冲洪积平原，各种地质过程自成其体系，长期以来，保持其相对平衡状态。建国以来，特别是最近30年来，随着北京市工农业生产和城市建设规模的不断扩大及人口爆炸性增长，人类或人类社会对原处于平衡状的地质体和环境的破坏和改造已越来越深刻。因此，城市环境地质问题的严重性也日益引人注目。北京环境地质系统，从高到低，具有多层次、多效应和多结构特色，并进一步分为山地子系统、山前子系统和平原子系统。在各子系统中，不但拥有“时、空、能、质”各方面的多维联系，而且，也存在着各种特殊的环境地质事件，它们共同构成了目前北京城市的环境地质风险。
在山地子系统中，暴雨型泥石流显然是主要的环境地质事件，其成因不但有天然的气候因素和地质背景，而且，大量废矿渣石料和沟谷、河床的乱挖及乱阻等人为因素也不同程度地加剧了泥石流暴发的频度和强度。近期的调查认为，北京山区的泥石流具有多发性和群发性特点及暴发中心北移现象，为了把泥石流灾害减少到最低限度，今后宜加强泥石流的预警和预报系统的研究。在有条件的地区进行综合防治。此外，矿山和矿井塌陷事故亦应引起注意和治理。
在山前子系统中，值得注意的是，远郊各区县大多在山前地区开发矿山和兴办工业。因此，数量众多的废矿渣和碎石以及排放的工业废水已成为地质污染源，也是地下水污染源。同时由于本系统地下水的过量开采，导致地下水位大幅度下降，使冲洪积层上部地区普遍发生井水枯竭现象，影响了居民的生活和生产。这是本区主要的环境地质事件。
在平原子系统中，主要的环境地质事件是北京城中心区和近郊区，在最近30年间，由于过量开采地下水而引起地下潜水位和承压水位的大幅度降低。有不少地区已达到严重超采状态。同时，在北京城区（北）郊地区，由于地下水的大幅度下降，而导致了地面下沉，对建筑物的安全构成潜在危险。此外，由于城市工业废水和生活废水，以及粪便和垃圾等的大量排放，已引起日益严重的地质污染、地下水污染和空气污染，这也是本子系统中重大的环境地质事件。
总之，从系统论的观点看，目前北京城市的环境地质危机，不但是整体性的，而且也是系统性的，它已构成了环境地质风险。从目前城市发展的趋势看，今后一定时间内，这种风险无疑地将依然存在并有发展的趋势，必须高度重视，并尽早采取对策。有效地把首都的环境风险降低到最小限度。
四、结 论
（1）北京市第四纪地质演化和沉积特征构成了独特的环境系统，该系统具有整体性、系统性、关联性和特殊性等诸明显的特征。
（2）北京环境地质过程不仅有明显的整体性和系统性，而且可分为山地子系统、山前子系统及平原子系统等三大部分。在各子系统中，重要的环境地质事件表征是不同的，并具有多层次、多效应和多结构特点，同时相互之间又是紧密联系的。
（3）北京市环境地质的主要问题有：潜在破坏性地震；多发与群发性泥石流活动；地下水位大幅度下降；地面下沉日益扩大；地下水污染日益扩展和加深。同时，矿山崩塌与矿井塌陷也不能忽视。它们的分布受地质构造的制约，然而人类活动是促其发生发展的活跃因素，必须注意控制，尽可能减少对生态环境的人为破坏。
（4）最近30多年来，北京城市在发展进程中，环境地质风险的程度已在逐渐累集的过程中加深。在今后的一定时期内继续存在着潜在的环境地质危机，直接影响到国民经济的持续和健康发展。
（5）为了把首都的环境风险降低到最小限度，应及早进行系统的研究，并采取相应的对策。
