5.3.1岩石圈表层的可持续开发利用途径
人类在各种生产与生活过程中，与岩石圈之间进行着频繁的物质、能量与信息交换。岩石圈中的矿产资源、土地资源是人类赖以发展的重要物质基础，同时岩石环境又是消纳固体废弃物的主要场所。发生于岩石圈中的各种地质灾害会对社会经济发展造成严重的不利影响，因此合理开发资源，尽可能使固体废弃物减量化、资源化，科学地开展减灾防灾，对环境采取多方面的优化调控措施，不断提高环境质量，对可持续发展具有重要意义。
1.矿区资源开发与环境保护
矿产资源是岩石圈内技术上可能被开采利用、经济上有价值的组成物质，一般以元素或化合物的集合体形态产出。然而，矿产开采的过程是通过人为活动将地下呈现规律分布的物质迁移至地表，并且至少在一定时间内，这些物质以“无序态”
存在，从而使这种过程具有典型的“墒增”特征。现今，在许多矿区存在的土地破坏、地面沉降、各种有害物质污染就是无序度增加的突出表现。在矿产资源开发中，如何合理调控，使地球表层系统持续地从相对无序向相对有序、从低级向高级不断发展演化，是人类面临的重要课题。
（1）社会-经济发展对矿产资源的需求
矿产是自然资源中使用价值相对较高的部分，当今世界80%以上的工业原料和95%左右的能源取自矿产资源。另一方面，矿产属于耗竭性的、有限的、不可再生资源。
中国是世界上矿产资源种类齐全、储量丰富的少数几个国家之一，已发现的矿产有168种，矿产资源总量居世界第三位。但人均占有量低，从满足经济发展的长远要求看，存在的问题如下：
①支柱性矿产，如石油、天然气、富铁矿等后备储量不足。
②矿床贫富兼有，但富矿少，贫矿多，而且开采过程中常常采富弃贫，使品位下降。在规模方面，中小矿床多，大型矿床少，在已探明的20000多矿床中，大型矿床仅800多个。在支柱性矿产中，贫矿和难选矿多，富矿少，这增加了开采利用的难度。
③矿产资源在地区上分布不均，与生产力布局不匹配。目前矿产品的加工消费区集中在东南沿海地区，而矿产资源主要分布在中西部地区。
随着我国经济的迅速发展，对矿产品的需要量将大幅度增加，矿产资源供需矛盾加剧。
（2）矿产资源的可持续利用
矿产资源问题应从可持续发展要求的高度来考虑。为满足需求，21世纪将以超大型、紧缺矿和非传统矿产资源为主要勘查和开发对象。超大型矿床已成为各国，尤其是资源大国的重要勘查目标。超大型矿床的开发，往往带来大范围的复杂环境问题，在开采的同时需要加以重视。
21世纪新的矿产资源接替基地的建设，应选择在能够供许多矿山企业和整个经济区在矿产储量保证程度上高于标准水平的地区。在矿物原料基地建设中，要建立包括产品、成本、技术、环境、经济等方面的优化模型，并确定一个保证原料供给和最小环境污染的最低成本解。新基地建设要变劳动密集低值型为高新技术高附加值型，变高能耗高污染为节能型、洁净型。
针对我国具体情况，从岩石圈表层环境的利用与保护出发，在矿产开发中应重视解决以下问题。
①克服矿产开发中损失贫化的对策
我国矿产资源综合利用程度和采选回收率指标较低。同时，矿石贫化与岩石混入使矿山产品的质量降低，尾矿中有用组分损失，废物排放量增大，从而使经济效益下降，并且造成严重的环境污染。
为解决矿产资源开发中的损失和贫化问题，可采取的对策有：
（a）对矿产进行资源化管理，实现矿产有偿使用，切实体现由于资源的有用性、稀缺性所存在的矿产价值，促进优等、中等与劣等条件的矿产同时开采，改变以牺牲资源换取高收益的现象。
（b）对矿藏进行技术经济评价，构建合理开发利用程度评价的指标体系，降低矿石的损耗率和贫化率。
（c）通过优化和采用动态边界品位等方法，促进解决矿石的损失贫化问题，进行矿床的低贫化开采，采用优化的采矿方法。
②合理整治矿区土地的途径
开发矿产往往会造成土地破坏。依据可持续发展的要求，在采矿以前与采矿过程中，均应将采矿区土地生产力的恢复与提高作为整体工程的有机组成部分。
在采矿后，更应因地制宜采取土地整治措施。
近20年来，矿区土地复垦逐渐成为世界采矿大国的热点研究课题，我国于20世纪80年代末正式颁布了土地复垦规定。国外在露天矿复垦中较好的做法有：开采设计时，利用多种先进技术绘制采前、采后、复垦后的地貌图；使用采挖空间作为排土场，在采矿工艺中就考虑到土地保护与土地复垦，为此采用倒堆法、顺序剥采复田法等；采取剥离岩石与土壤的分别堆放与富含腐殖质土壤的保护等措施。我国近年来在新露天矿建设中将采矿工艺与复垦相结合，20世纪90年代以来，一些矿区采用疏排积水、平整土地、塌陷土地阶地化或梯田化，使复垦率提高，复垦地利用形式多样，通过人为调控，提高了整体矿区系统的有序度。
③防治矿区开发中环境污染的措施
开采矿产时，会产生大量废弃物。采矿废弃物的比例，与矿物的性质、产状、开采技术水平有关，其数量级可以相差很大。为保护环境，应不断提高技术水平，降低此项比例。
2.土地资源的合理利用与保护
岩石圈上层的环境是构成土地的重要基础，环境的演化对土地资源的特征与质量有重要影响。土地资源可持续利用涉及面广，要求采用多种对策。
（1）土地利用系统的协调运行
土地利用系统，可以是针对某一利用类型及方式来组合，也可以是多种土地利用类型及方式组合成的土地利用结构系统。后者又可分为：农业利用系统、非农业利用系统、未利用土地系统三个子系统。任何一个地域的土地利用均具有显着的外部性与系统性。人们在实施土地利用过程中，会对作为其直接利用对象以外的土地产生影响。因此，一方面应充分考虑对直接作用对象引起的经济、社会、生态效益的综合所形成的整体效应，另一方面还要从各子系统间、子系统与大系统间的密切联系出发，考虑对超越利用活动中主体范围的邻近土地或所涉及的更大范围的土地可能产生的各种影响，力求使整体土地系统处于协调的动态变化中。
（2）土地系统的立体利用
土地利用应包括其平面利用和立体利用。立体农业是土地立体利用的一种重要形式，它是指在单位面积土地上进行立体种植、立体养殖或立体复合种养，建立多物种共栖、多层次配置、多时序交错、多级质能转换的利用方式。它可以提高物质转化率，满足人们的需要，缓解已有土地的压力，促进其质量提高。近年来，随着环境恶化和城市化所带来的问题日益突出，世界各国日益重视开发利用低下空间资源，例如，一些城市在规划中注意安排好各种地下管线的“共同沟”，将基础设施转移到地下空间，甚至发展地下建筑等。地下空间资源的开发，有利于土地的可持续利用，这对研究岩石环境对多种建设的影响提出了更高的要求。
（3）土地质量的保护与提高
为保护与提高土地质量，除了应采取水土保持、防治风蚀等措施外，还应提高土壤肥力，预防与治理土壤污染，调控生物小循环。随着人口增加、经济发展，人类排放到环境中的废弃物日益增多。从整体看，废弃物综合管理方式可包括减少废弃物的数量与毒性、废物再利用、物质再循环和堆肥、焚烧（有的设施可回收能量）、土地填埋等。前三种方式可以减轻废物对岩石圈的压力，其根本实施途径是清洁生产、对产品实施周期分析与全过程控制；后三种方式涉及物质进入废物的分解、转化或永久性储存。
依据我国实际情况，目前对岩石圈上层的环境中废弃物科学处置主要有以下途径：
①地面堆置废弃物的资源化
固体废物地面堆置，不仅占用大量土地，并且造成环境的二次污染。对于在地面长期堆置的废物，可以在详细分析其物理性状、化学组成的基础上，因地制宜地种植植物，并在废弃物基本固定、危害已减轻的基础上，增加有经济价值植物的比重，促进环境与经济协调发展。以广东茂名石油化工基地为例，在其页岩油工业固体废物堆置场上，通过10余年营造大叶相思-桉树-湿地松混交林及其他科学措施，调整、优化了系统内部及其与外界的物质、能量流通过程，已使灰渣形态的废弃物转化为具有一定肥力的人为新成土，上部层腐殖质累积，氮、磷含量增长，酸度得到一定程度调节，保水保肥能力加强，废弃物资源化已初见成效。
②工业废弃物排放对岩石环境污染的防治
工业生产中排放的废物在一定条件下会对岩石环境造成污染，例如，我国某地在工业生产中曾使石灰岩风化淋滤带及灰岩裂隙受到石油类污染物的污染。在科学研究的基础上提出的用适宜的化学清洗法与微生物降解法相结合，以去除包气带石油烃污染，对保护岩石环境会具有一定效果。
③土地填埋中合理工程措施的实施
土地填埋处置具有工艺较简单，成本较低，适于处置多种类型固体废弃物的优点。在现今技术条件下，它仍是一项重要的最终处置措施。
固体废弃物处置时，需进行必要的预处理，尤其是危险废物，需通过中和、沉淀、氧化还原、吸附、固化或封装以及生物作用减弱其有害性质。填埋时应考虑的岩石环境条件是：包气带岩性属于透水性差的细粒物质，如果地层属于透水层，应铺设黏土、沥青等作为隔水层；填埋地段还应有排气设施，使厌氧微生物分解产生的危险气体能及时以合乎环境要求的浓度排放。在岩石环境中，一般性废弃物的填埋可采用卫生填埋，填埋场的结构可以是自然衰减型或半封闭型。危险废物应采用安全填埋，填埋场的结构须采用全封闭型。处理核能工厂的废物是处理各种危险废物中的困难问题，目前一般将放射性废物填埋在地下。应选择地质构造稳定、与裂隙岩层隔绝处作为埋藏地点，并且埋藏地的地下水须不通往地表。据研究，岩石圈上部的地下天然盐层较适宜成为核废物的储库，因为盐层的吸湿性强，对容器腐蚀性较小，易于开挖，并且时间久远，有可能形成长期的密封整体。
