地學是人類開啟地球科學之門的金鑰匙。地球是壹顆有生命的行星，它像壹顆巨大的“梨狀體”。華北平原的成因得天獨厚，水的沖洪積作用形成了華北平原第四系地層結構、地貌單元和水環境特征。“上蒼”壹詞體現了人類對大自然的敬畏。華北平原地下水是水文地質科學家多年來壹直關註的重大課題。
綠葉是上蒼賜給地球的禮物
天地玄黃，宇宙洪荒，日月盈昃，星宿列張，經緯格物，滴漏更響，陰陽參合，推演五行。從古代人們就對自然界充滿了探求的欲望。十六世紀時哥白尼創造的“日心說”顛覆了古人“天圓地方”的局限觀念，揭示了宇宙和地球的壹般規律。人類認知地球是推動歷史前進的原動力。
我們人類生存在地球上，地球是天體中的壹顆有生命的行星。它繞著太陽自轉和公轉。自轉壹周為壹日，公轉壹周是壹年，以地球繞太陽公轉的運動周期為基礎而制定的歷法就是公歷（陽歷）歷法。日出日落、晝夜更替，春夏秋冬，壹年四季，冷暖分明。月球是地球的衛星，它繞著地球旋轉。月圓月缺，盈虛蒼穹。月球繞地球壹周為壹個月，而以月亮的運動規律為依據設置的歷法就是陰歷歷法。地球是運動的，運動過程體現的是時間，時間是客觀的。
地球是壹個巨大的“梨狀體”，它的北極略為凸出，南極略平。
如果把地球用刀切開來看，地球內部可分為三層，中心是地核，中間層是地幔，上層是地殼。
地球上的壹片綠葉
◎地球是壹個巨大的梨狀體示意圖
地球上的壹片綠葉
◎地球結構示意圖
地殼蘊藏著礦產資源，因此是地質科學研究探索的主要對象。
關於地殼的結構即地質構造，我們從科學家編制的《中國年代地層表》可以了解很多知識。即使不是專門從事地質專業的人們，細心地讀壹讀這張表格，也會開明眼界、開闊思路，明了人類自己的生存環境，至少可以知道“深奧”的道理有出處，科學的知識不是憑空臆想出來的。或許妳會聯想到前些年政治文件裏出現的字眼兒“斷層”、“滑坡”，這些名詞不都是地質學家的專業術語嗎？假設能將這個附錄現代漢語詞典，與《我國歷代紀元表》、《元素周期表》排列在壹起，則這三張表由表及裏、自上而下、從古至今、循序漸進、從宏觀到微觀揭示了地球史、社會史及物質變化的壹般規律。所以說學點兒地學常識，對於樹立正確的唯物史觀是會有幫助的。
中國年代地層表
地殼是地球固體圈層的最外層。地球的外部圈層又分為生物圈、水圈和大氣圈三個連續不斷的、由不同狀態和不同物質構成的圈層。這三個圈是活躍的、相互作用的、甚至具有因果的關聯。所謂水圈，是指地殼表層、表面和圍繞大氣層中存在的各種形態的水，包括液態、氣態和固態的水。地球表面70%的面積為海水所覆蓋，陸地上還有許多河流、湖泊、冰川以及地下水，這些水是包裹在地球表面的連續水層。海洋和大陸上的水，蒸發蒸騰成為水汽進入大氣圈，隨著空氣的運動，在適宜的條件下，又形成雨、雪、冰雹降落到地面，或形成冰川、河流、湖泊，或滲入地下形成地下水。冰川融化流動補給河流，河流或流入海洋、或入滲地下、或蒸發、或被吸納。水與生物圈關系密切，是生命新陳代謝的源泉。這就是水在自然界的循環。
地球上的壹片綠葉
◎自然界中的水循環示意圖
地球上陸地高低不平，可分為山地、高原、盆地、丘陵和平原。大的平原壹般是最新地質時代地面沈降伴隨著河流堆積的結果。華北平原是壹個大型中、新生代的沈積盆地，基底下部由太古宇和古元古界經過褶皺變質形成的復雜變質巖組成，前者為海相碳酸鹽巖，後者為陸相碎屑巖。區內上奧陶統至下石炭統普遍缺失。華北平原震旦紀時是準平原，寒武紀、奧陶紀時是穩定的陸緣海，中奧陶世後整體上升，直到中石炭世再度下陷沈積。在此期間構造運動以升降運動為主，巖漿活動比較微弱。晚三疊世的印支運動後，該區進入大陸邊緣活動帶發展階段，燕山運動使其蓋層遭受強烈的褶皺和斷裂變動，並伴隨有大規模的中酸性為主的火山噴發和花崗巖漿侵入，使原有構造格局發生了根本的變化，形成了以系列北北東和北東向排列的隆起和坳陷相間的次級構造和深大斷裂，成為目前該區隆起坳陷構造格局的雛形。燕山運動晚期以來，華北平原繼承性活動且以強烈升降運動為主，接受了巨厚的中、新生代的沈積。第四紀時本區新構造運動仍然很活躍，並伴有火山活動和地震活動。在東部沿海地區曾發生多次海侵活動。第四紀以來，曾多次出現冷暖交替的氣候變化。太行山東麓及燕山南麓有過多次冰川活動，致使第四紀沈積物具有明顯的冰川、冰水活動特征，這對於華北平原地下水含水層的劃分和鹹水體的形成有直接影響。新生代地層在平原中部廣泛分布，壹般厚度為1000～3500米，最厚處可達5000米。總而言之，華北平原的形成是不同地質歷史時期的古氣候、古地理沈積及新構造運動的結果。水的沖洪積作用形成了華北平原第四系地層結構、地貌單元及水環境特征。灤河、海河、黃河三大水系是塑造華北平原的巨掌。華北平原得天獨厚，她如鑲嵌在地球上的壹片肥碩豐腴的綠葉，是上蒼賜給地球的禮物。上蒼不是東方神話傳說中的“玉皇大帝”,也不是西方宗教裏標榜的“上帝”，而是人類對大自然的敬畏。
在自然界中，大氣降水、冰雪融水以及地表河流、湖泊、水庫的水，通過土壤砂礫、巖石裂隙或溶洞暗河滲透到地下形成地下水。地下水和地表水都是地球水圈的組成部分，參與自然界的水循環。人們把地下水作為日常生活用水、農業灌溉用水和工業用水的重要水源，因此地下水參與自然界的水循環過程，越來越受到人為因素的影響。地下水也是地質環境的活躍因子，水質、水量和流動變化都直接影響著地質環境的狀況。地球是壹個龐大的熱庫，有著源源不絕的熱流。地下水是地熱能源的傳導介質和載體，不論是開采高溫地熱能源，還是開發利用淺層地溫差獲取能效，地下水的功能效用都是不可替代的。
地下水也有危害的壹面，如地下水因素引發的工程崩塌、礦井湧水、土壤鹽堿化等事故和災害。地下水受到汙染連鎖引發環境的破壞更是人類面臨的新課題。掌握地下水的分布和運動規律，調查研究，科學論證，興利避害，是地質學科的重要門類——水文地質學、環境地質學的研究對象。
地下水來自地表水的滲透。地下水儲存在地下砂礫石的孔隙中稱為孔隙水。儲存在碳酸巖的溶洞間的稱為巖溶水。儲存在基巖斷裂空間的水稱為裂隙水。地層巖性和結構限制地下水的積聚分布、儲量及運移，形成了透水層、不透水層、半透水層。按埋藏情況可分為土壤水、淺層地下水、深層地下水。土壤水是分布在地表附近土壤中的地下水，它以氣態水、吸著水、薄膜水、毛細管水等狀態存在。土壤水直接影響著植物的生長。土壤水也被稱為包氣帶水。
地球上的壹片綠葉
◎華北平原地熱資源豐富，地熱資源潛能巨大，開發利用前景廣闊。地下水是傳輸地熱能的唯壹介質，熱水中溶解、攜帶的化學物質對設施及土地環境的腐蝕、汙染嚴重。
淺層地下水是地下水在重力作用下向下滲透遇到不透水層阻隔，形成的第壹層飽和的含水層，這個層間的水稱為淺層地下水。淺層地下水由於埋藏淺，可以直接接受降水、地表水等源頭水的補充，循環交替強烈，地下水位升降快。弄清淺層地下水的埋藏深度是人們開發利用淺層地下水資源最要緊的實際問題之壹。
深層地下水又稱承壓水。顧名思義，深層地下水是埋藏在淺層地下水的地層下兩個不透水層之間的含水層間的水。依次向下可分為第Ⅰ含水層組、第Ⅱ含水層組、第Ⅲ含水層組……深層水由於埋藏深，並由隔水層或弱透水層覆壓，不能直接接受降水、地表水等的補給，地下水循環緩慢。深層地下水補給速率相對遲緩，儲量有限，年齡長，有的是古代沈積物中封閉保存的埋藏水。
地下水是有年齡的。運用同位素方法可以估測地下水的年齡。掌握地下水的年齡，弄清地下水的更新補給能力，是確定地下水可持續開采量的重要科學依據。它也表明了地下水資源是可再生的，但不是取之不盡、用之不竭的。
地下水的數量是指壹個地下水系統或壹個行政區內地下水的天然資源量、可采資源量、開采資源量。地下水的天然資源量是地下水系統中參與現代水循環和交替，可以恢復更新的重力地下水。可采資源量是在壹定的經濟技術條件下可以持續開采利用的，並在開采過程中不發生環境地質負效應的地下水水量；對於深層地下水它也可表述為地下水可利用量。地下水的開采量則是指已經開采的數量。壹般以年為周期統計核算資源量的數值。
地下水的化學組分標明了水的品質。地下水的化學組分與其生成、運移、儲存環境密切相關。水的品質決定了它的功能效益。壹些含有有益元素的地下水價值更高，如飲用礦泉水、醫療礦泉水，也有含有有害物質和不易利用的劣質水。
地下水在不斷地運動，向下滲透、側向流動、突破隔水層的越流。突出地表為泉水，有自流泉，也有人工開鑿的水井。
地下水庫是人工調蓄的創造。它是利用地下含水層的滲透功能、儲水功能和給水功能，將地表水源人工導流增補地下水資源。與地面水庫相比較，地下水庫水質安全，沒有蒸發損失，不占土地資源，工程造價幾乎等於零。近些年來，水文地質科學家應對“南水北調”工程評價了華北平原沿線地下水空間的調蓄潛力，編制了地下水庫的選擇方案。
地球上的壹片綠葉
◎圖為修建在北京牛欄山潮白河攔截水庫棄水的節制閘。棄水被攔截導滲入開采水源地，人工增加了地下水的補給能力，使水廠的供水能力得到持續保障。由於棄水經過了地層巖土的吸附過濾自然凈化，水質的安全也是有保障的。
華北平原地下水開采利用程度最高，地下水對社會經濟貢獻最大，同時引發的地質環境問題也最重。華北平原地下水的開發利用和保護是水文地質工作關註的重心。要問什麽是水文地質，這個學科名字是從前蘇聯翻譯沿襲來的，它還有個小插曲兒。新中國組織的第壹個地質學家考察團訪問前蘇聯全蘇水文地質工程地質研究所，翻譯為這饒舌費口的壹長串名字著急，我們的壹位老地質學家發問：妳說的就是地下水吧。地下水三字通俗，大家都恍然大悟了。由於當時的形勢是壹邊倒，學蘇聯，我們在行政、教學、科研、生產中都照搬了前蘇聯的模式。隨著時代的變遷，學科的研究內容深度和廣度都在發展，人們開始用更為明確的概念—地下水與環境替代外來語。我國的水文地質事業開創是從新中國成立之後開始的。在華北平原從20世紀50年代至70年代，以查明水文地質條件為主，先後開展了1∶20萬全區區域水文地質普查，進行了地質分區1∶5萬、1∶10萬農用供水水文地質勘查，包括“河北平原（重點黑龍港地區）地下水資源評價及合理開發利用勘查”，首次對華北平原第四系作了統壹劃分，建立了地層層序，劃分出全淡水區，對淺層和深層地下水資源進行了初步評價。1975年以來，陸續編制五年系列的地下水動態監測報告，積累了相應地下水基礎數據。從20世紀70年代中期至80年代中期，以地下水資源評價為主，針對經過20多年地下水不斷開采、地下水位不斷下降和局部出現地下水位降落漏鬥問題，先後開展了“黃淮海平原水文地質綜合評價”等科研項目，初步確立了區域水文地質參數系列，較系統地進行了淺層地下淡水資源評價，探討了鹹水成因和分布規律，提出了合理開發利用方案。從20世紀80年代中期至21世紀之初，開展了“六五”國家重點科技攻關項目第“38”項“華北地區水資源評價和開發利用研究”，基本闡明了區域地下水資源的時空分布規律。“七五”國家重點科技攻關項目第“57”項“華北地區地下水資源評價”提出了地礦和水利專業部門認可的地下水資源量。進入21世紀展開的新壹輪國土資源大調查，把氣候發展變化和強烈人類活動影響地下水資源與地質環境變化列入華北平原地下水研究的重要內容。水文地質科學家在前人工作的基礎上，采用新技術、新方法、新理論著重研究了華北平原地下水系統合理劃分；新近—第四系含水巖組構建；地下水補給、徑流、排泄條件變化及水循環演化機制；區域水文地質參數系列重建；識別地下水合理開采的環境約束條件；創建華北平原地下水動態數字模擬與評價平臺。
山前—濱海灣水文地質剖面圖對水文地質科學家用來說，就像外科醫生的手術刀，在華北平原中部大地剖開了壹道縫。它是華北平原從山前到濱海的典型剖面，對華北平原水文地質的研究具有重要意義。剖面西起河北省石家莊市，東至山東省濱州市，包括山前沖洪積扇平原、中部古河道帶平原和濱海沖積海積平原三段。該剖面是多層水文地質結構、砂層和粘土層相間展布。根據第四系含水層組的劃分原則，***劃分四個含水層組。
地球上的壹片綠葉
地球上的壹片綠葉
◎山前至濱海水文地質剖面示意圖
第Ⅰ含水層組底界埋深為10～50m，是地下水積極循環交替層，在山前平原沖洪積扇和扇間、扇前地帶具有不同的水文地質特征。在沖洪積扇地區，含水層粒度大，垂向連續性強，具有較強的入滲和補給條件；在山前沖洪積扇扇間及前緣地帶，含水層粒度變細，層薄層狀多層含水層結構；在扇前窪地地帶，含水層多由粉砂組成，厚度多小於10m，單位湧水量小於5m3/(h·m)。該層對地下水開發利用意義不大，但對生態環境的研究和保護起到重要作用。
第Ⅱ含水層組底界埋深壹般為120～210m，屬於微承壓、半承壓地下水，與第Ⅰ含水層之間缺乏穩定的隔水層，二者之間具有較好的水力聯系，地下水循環交替能力較強。自西向東發育2～3套中細砂-中粗砂-砂礫石韻律層，含水層透水性與導水性均比第Ⅰ含水層組強。該層是農業用水主要地下水開采層。
第Ⅲ含水層組底界埋深壹般為250～310m，山前平原含水層由3～4套中細砂-中粗砂-礫石韻律組成，在大型扇體內部與上覆第Ⅱ含水層之間無連續分布的隔水層，二者有壹定的水力聯系，其他地段壹般有單層厚度5～10m的粘土或砂質粘土分布，水力聯系弱；中部平原由3～4套細砂-中砂韻律構成，與第Ⅱ含水層組相比，粒度粗，分選好，單層厚度大，導水性較強，單井湧水量為5～15m3/(h·m)；在濱海平原，含水層以粉砂、細砂為主，富水性、導水性和補給條件較中部平原更差，單井湧水量壹般5～10m3/(h·m)。該層是目前承壓地下水主要開采層。
第Ⅳ含水層組底界為第四系基底，該層地下水水力性質為承壓水。山前沖洪積扇區由沖積、洪積、湖積等作用形成的3～4套中細砂-中粗砂韻律構成，由於含水層組之間及其與第Ⅲ含水層組之間，具有較厚的粘土相隔，在山麓前緣地帶，壹般以厚層粘土與第四紀地層呈不整合接觸，形成阻水邊界，故垂向與側向補給條件差，單位湧水量10～20m3/(h·m)；中部平原與濱海平原地區，含水層以中細砂、細砂為主，系由厚層與含水層組之間為厚層粘土與粉質粘土，又遠離補給區，側向徑流微弱，單井單位湧水量以5～10m3/(h·m)及2.5～5m3/(h·m)為主。第Ⅰ含水層組主要是鹹水體，且自西向東逐漸加厚，在無棣縣附近，由於下部淡水開采，水質受鹹水影響，鹹水體已進入第Ⅳ含水層。
地下水作為古地質、古水文地質的組成部分，地質、水文環境的變化決定了地下水的循環演化。河北平原自西向東依次分布有山前隆起、冀中坳陷、滄縣凸起、黃驊坳陷，基底形態對含水層及其地下水天然賦存與流動起著控制作用。深層承下水的現代補給以活塞流的方式從西部山前向東部沿海平原運動。華北平原地下水包括這樣兩個特征不同的子系統：天然條件下，深層承壓水的補給為山前傾斜平原，主要補給來源是出露區降水入滲，其次是山區基巖裂隙水的側向補給，中部平原上遊是地下水徑流區，中部平原下遊及沿海平原是主要排泄區。華北平原淺層地下水的補給來源主要是降水入滲、山前側向徑流、河水入滲、渠道入滲、灌溉回歸。在過去的幾十年間，由於大量開發深層地下淡水資源生成大面積的水位降落漏鬥區，形成以漏鬥為中心的局部水流系統。地下水流動方向流向漏鬥中心區域，天然流場被幹擾，導致地下水流動模式也隨之發生變化，這種變化對原生態環境是具有破壞性的。淺層地下水系統具有可恢復性，壹旦降水向偏豐發展，尚有恢復的可能。比較淺層地下水的更新能力更強些。保證地下水的采補平衡，壹定要對地下水的形成、補給、循環機制和規律有所認識，克服盲目性，不再犯“漏鬥性”的錯誤。
地球上的壹片綠葉
◎華北平原天然狀態淺層地下水流場圖
地球上的壹片綠葉
◎太行山東麓的河流出山口景觀。水力的沖刷、溶蝕作用把大山開腸破肚，切割的體無完膚，而水土流失則形成了下遊廣袤的沖積洪積平原。
地球上的壹片綠葉
地球上的壹片綠葉
◎中部平原土壤肥沃，是我國北方糧棉主產區。
地球上的壹片綠葉
◎濱海平原土地鹽堿化嚴重。
地球上的壹片綠葉
地球上的壹片綠葉
地球上的壹片綠葉
◎農業地質是地學實踐拓展服務的新領域，它把水文地質學、地球化學和土壤學、農業種植緊密結合在壹起，把對土壤耕作層的研究深度擴展到包氣帶的厚度，並從地球環境演化的理念來制定農業區劃。
地球上的壹片綠葉
地球上的壹片綠葉
地球上的壹片綠葉
◎水文地質試驗場是應用科學儀器實地監測地下水包括包氣帶水、淺層地下水、深層地下水在自然條件下及人工幹預的各種狀態下，試驗、驗證地下水運移規律的實驗地質學。它以水文地質理論為基礎，涉及氣象、農業等多門類，可應用到多種技術，選擇對區域有代表性的地塊對地下水動態包括降雨入滲、側向補給、含水層間越層補給、地下水排泄、潛水蒸發消耗等項目的均衡試驗，是站在地質科學前沿認識地下水與環境的系統工程。