人类与地质环境相互作用，是从人类有意识地制造工具开始的。在此之前，人类与动物没有太多差别，本能地、被动地依附于地质环境。从人类文明的历史发展过程分析，可将人类与地质环境的相互作用的历史进程大致划分为以下几个时期。
(一)文明史前时期
在这一时期，人类从被动地依附于地质环境转向主动地求助于地质环境，从周围的地质环境中有目的、有意识地就地选取合适的矿产材料作为原料来制造工具。以当时人们开发利用的主要矿产种类为依据，历史学家将文明史前时期划分为旧石器时代、新石器时代、青铜器时代和铁器时代。
矿产资源的开发利用，对人类社会文明的发展产生了巨大的、无可代替的作用。旧石器时代人们将石料打制为生产工具，维持采集和狩猎的原始生活。我国考古工作者发现，最早为人们所利用的矿产主要是石料、石英和燧石［29］。例如，脉石英是周口店附近来源比较丰富的一种原料，北京人在长期实践中发明了砸击法将脉石英打制为石制品，使这种劣质原料的制品成为石制品的主要组成部分［30］。大约在公元前3500年，古美索不达米亚人已经学会用太阳晒干的粘土砖块建造永久性居所。到了新石器时代，石料矿产的利用更加广泛，制作的工具除石刀、石箭外，还有石斧、石镰、石犁等。同时，人们开发利用粘土、陶土等非金属矿产作为原料来烧制陶器，开发利用多种矿物作为原料来制作玉器、首饰和绘画。之后，人们发现铜熔炼后加入少许锡硬度会大大增强，开始向青铜器过渡，最先为人们所利用的金属包括铜、铅、锡和锌，逐渐达到繁荣，之后又向铁器时代过渡［31］。实际上，铁器在很多方面劣于青铜器。铁器能推广应用，在很大程度上，是由于青铜器原材料的缺乏。铁矿可能是最早的基于经济原因而出现的其他金属矿的替代品。虽然某些矿产资源发生了缺乏或耗竭的现象，但当时的决策者并没有意识到资源匮乏对社会经济发展的影响。
大约六七千年以前，人们开始开发利用地下水。考古学家在浙江余姚河姆渡原始社会遗址发现了我国最早的水井。这口水井原先可能是一个天然的或人工挖的锅底形水坑，为防止井壁坍塌，向坑中打入四排木桩，组成一个方形的桩木墙，将墙内的泥土挖出，就建成了水井［32］。原始社会末期，人们已经打出了深达六七米，直径两米的生活用水井。随着井的大量开凿，人们对地下水的性质也有了新的认识。《管子》记载了地下水埋藏深度、地下水质和相应的地表土壤情况。引泉水灌溉也属于地下水利用的一个方面，《水经注》中多处提到古代利用泉水灌溉，如山西汾阴(今山西万荣县西)引瀵水种稻等。
虽然在矿产、地下水、土壤开发利用方面取得了缓慢的进步，但是在自然界面前人类仍处于任由摆布的地位，对地震、滑坡、泥石流等突发型的地质灾害完全无能为力。对自然灾害，人们认为是上天降罚于人类，这便产生了天命主义禳弭思想［33］。人们想要免除自然灾害，只能祈求上天宽恕。
由上述论述可知，这一时期人类与地质环境的关系，主要表现在人类向地质环境资源的单纯索取上。
(二)农业文明时期
从原始社会末期到近代资本主义萌芽，人类经历了漫长的农业文明时期。这一时期，人类在向地质环境索取更多的生活生产资料的同时，主动地顺应地质环境，利用缓慢进步的技术改造地质环境;随着人口的增加与技术的进步，人们对地质环境改造的能力在局域内超越了地质环境承载力，引发了当时难以解决的地质环境问题。
越来越多的矿种被不同程度地开发利用。我国秦汉时期，盐矿、铁、铜、金、银、铅、锡、汞等矿产的开采进入一个兴盛时期。魏晋时期，煤炭已用作生活燃料，人们已经懂得将石油做燃料用于战争中的火攻。隋唐时期，盐业、铜矿开采得到了大力发展。到宋代，煤炭已经成为人们日常生活和手工业较为普遍使用的燃料。山西已有很多人以采煤为生，煤矿开采已经有一套比较完整的技术。从鹤壁古煤矿遗址知道，当时是先由地面开凿圆形竖井，深达46m，然后依地下自然煤层的变化开掘巷道。巷道高1m多，形状上窄下宽，上宽1m，下宽1.4m，再把需要开采的煤田凿成若干小区，运用“跳格式”的先内后外的方法逐步后撤。井下排水一方面用辘轳往外抽水，另一方面把地下水引进采完煤的坑洼地区贮积起来。古代英国早期主要砍伐森林获得所需的燃料，但是随着森林资源的大规模开伐，木材供应紧张，人们开始开发煤炭以替代木材。1300年，纽卡斯尔和英格兰东北部煤炭开采业已经有了一定规模，人们将开采的煤炭用船水运到伦敦供居民使用，到1600年煤炭的使用已经相当普遍了。到1700年工业革命前夕，英国煤炭产量达到了300万t［34］。
原始社会末期，人们开始开发利用一种新的资源，并很快取代矿产成为最重要的地质资源，这种资源就是土壤。土壤的开发利用，标志着农业的出现。农业的出现是人类发展史上的一次重要革命。随着农业的发展，越来越多的土地留下了人们耕作的痕迹，人类对地质环境的作用随着农田的扩大而在空间上不断扩展和延伸。农业的发展，促进了人口增长和经济发展。由于人口增加，大片宜耕或不宜耕的土地被开垦成农田，原来的森林、草原、湖沼、山原不断为农田景观所取代。农业是直接依托地质环境而发展的生产部门，无限制的土壤开发带来了人们意想不到的地质环境问题。古代美索不达米亚土壤开发就是一个典型的实例。美索不达米亚地处幼发拉底河和底格里斯河之间的冲积平原，地势平坦，土地肥沃，但是气候干旱，土壤渗透性差。为了得到充足的水源，苏美尔人开凿运河，开挖沟渠，引底格里斯河和幼发拉底河河水灌溉农田，农业开发取得了前所未有的成功。据吉尔苏城邦文献记载，在公元前2400年平均粮食产量高达每公顷2537L。然而，长期的只灌不排和过度灌溉导致当地地下水位不断上升，在蒸发作用下，地下水中的盐分不断在土壤中累积，导致土壤次生盐渍化问题，原来肥沃的土地逐渐退化。粮食产量不断下降，到公元前2100年下降到每公顷1460L，到公元前1700年下降到每公顷897L［35］。同时，引来的河水携带着大量的泥沙，不断淤积在运河与沟渠附近的农田，在破坏农田的同时，形成了多堤岗、多沼泽的地貌特征，给人类生活生产造成了巨大影响。据考古学家研究，我国楼兰古国处于塔里木河下游一个绿洲上。由于汉代政府采取了在西域驻兵屯田的策略，塔里木河中上游的农业开发规模日益扩大，用水日渐增多，破坏了下游楼兰的水资源条件，引起绿洲地质环境恶化，土壤沙化日益严重，原本水草茂盛、水网交织、森林密布的绿洲最终退化为不适合人类居住的地质环境，楼兰古国亦随之而倾［36］。针对大规模的森林砍伐和土地开荒，1666年日本幕府已经意识到发生土壤流失、河流淤积、洪水泛滥等灾害的危险，向人们发出警告并鼓励植树造林蓄养土地［37］。
随着古代人口增长和城邦的发展，不同城市间货物贸易推动了交通道路的建设。大约在公元前600年，古埃及人开凿了连接地中海和红海的第一条运河，运河宽60m深13m，长约160Km，大量挖掘出来的土壤堆放在运河沿岸。用400年的时间，古代罗马人采用泥沙、碎石和岩块铺设了30万Km道路。约公元前100年，人们广泛采用石灰石烧制混凝土，用作建筑材料［38］。
(三)工业革命时期
18世纪中叶，以蒸汽机的发明为标志，人类社会进入了工业革命时期。这一时期人类与地质环境的关系主要表现为经济活动对地质环境无约束的大规模扰动、改造和污染。随着科学技术水平的快速提高，人类征服自然的能力空前提高，矿产、地下水和土地(土壤)资源开发规模日益扩大;农业生产、交通水利设施建设、矿冶工程、城市化等经济活动对地质环境作用强度不断加大;矿山环境问题、土壤流失、地面沉降、土壤污染等地质环境问题逐步显现、恶化，对人类生活生产形成了越来越严重的威胁;人类保护地质环境的意识缓慢觉醒，工业化国家开始制定相应的法律法规来约束人们的经济活动。
工业革命极大地推动了煤炭、铁矿等矿产资源的开发利用，矿产对于经济社会的重要性再次超过了土壤。1795年，William WilKinson发明了熔炼铁矿石的熔铁炉;1815年，Humphry Davy发明了防止煤矿瓦斯爆炸的安全灯;1856年，Henry Bessemer发明了底吹酸性过程技术。随着一系列技术的发明，人们开发利用矿产资源的能力不断提高。据Flinn估算，1750～1830年英国煤炭产量从520万t增长到3040万t，80年间增长了6倍左右［39］;生铁产量从1740年的1.74万t增长到1880年的774.92万t［40］，140年间增长了约445倍。美国工业革命也伴随着矿产资源的大规模开发。据统计，美国煤炭产量经历了两次快速增加的时期:第一次为1867～1918年，煤炭产量从0.13亿t迅速增加到6.14亿t，之后的1918～1964年，受多种因素影响，煤炭产量在3亿～6亿t之间变动;第二次为1965～1998年，煤炭产量从4.73亿t快速增长到10.14亿t(图1-13)。同时，随着经济规模的扩大，金属矿产产量持续增加(图1-14)。由于矿产资源开发利用引发地质环境问题往往在时间上存在滞后效应，人们在意识到地质环境问题的危害时，很可能已遭受了惨痛的教训。英国LanarKshire，HicKleton，Northwich等矿区先后发生了地面沉降。据SherlocK估计，到20世纪初英国因采矿导致的地面沉降相当于59.1亿立方码的岩石被从地表挖走［42］。1971年，美国西弗吉尼亚南部一座煤矿由于露天开采的疏忽，大雨造成煤炭泥浆池决口，洪水导致118人死亡和4000人无家可归。
图1-13 美国煤炭产量变化示意图(1867～1990年)［41］
图1-14 美国典型金属矿产品产量变化示意图(1867～1990年)
农业和城市发展对地下水的需求不断增加。在1900年以前，美国主要通过自流井开采地下水。随着各个州自流井数量越来越多，自流井自流水量不断衰减。到20世纪30年代，Tolman发现了地下水开采所引发的海水入侵和地面沉降现象。含水层枯竭、地下水污染、海水入侵和地面沉降等问题的先后出现，使人们认识到开发地下水需要进行合理规划和科学管理。
交通、矿产开采、城市化、农业开发等工程经济活动规模的日益扩大，使人类活动逐渐成为作用于地质环境的一种主要地质营力。在火车发明之前，英国主要依靠水运运输矿产和货物。为了扩大运输范围，英国自1731年开始开凿运河。从第一条Newry运河开始到最后一条Liverpool Junction运河完成，持续了近一个世纪的时间。据统计，到19世纪末，英国开凿运河挖掘岩土约2.53亿立方码，修建铁路搬移岩土约30.31亿立方码，道路建设搬移岩土约6.24亿立方码，采矿搬移岩土约196.92亿立方码，房屋建设搬移岩土约5.00亿立方码。由于农业开荒、矿产开采和城市化，1770～1980年欧洲森林面积从2.30亿hm2减少到2.12亿hm2，减少了7.8%;草地面积从1.90亿hm2减少到1.38亿hm2，减少了27.4%;农田面积从0.67亿hm2增长到1.37亿hm2，增加了104.5%。从全球范围来看，1770～1980年森林面积从62.15亿hm2减少到50.53亿hm2，减少了18.7%;农田面积从2.65亿hm2增长到15.01hm2，增加了466.4%;城市化水平从3%增长到41%，城市人口达到18.1亿人［43］。可以看出，在越来越多的地区人们对地质环境的扰动超过了自然营力的作用。
(四)信息革命时期
20世纪末，人类社会经历了前所未有的来自知识信息革命的冲击。在发展中国家加快工业化的同时，发达国家进入了知识经济时代。这一时期人类与地质环境的关系主要表现为开发与保护并重，从过去无节制的大规模扰动、改造和污染模式转向人地协调相处模式。在技术进步的推动下，全球经济一体化的步伐加快，发展中国家在全球产业分工中多处在产业链低端，以生产资源环境密集型产品为主。一方面，发达国家加大治理工业化过程中遗留的地质环境问题力度，加强地质环境涵养与保护;另一方面，发展中国家承载了越来越多的资源消耗和地质环境污染，地质环境压力不断增大。
经济活动对地质环境的作用在空间上不断延伸，在强度上不断加大。矿产资源的开发不再局限于陆域地表浅部。一是向海域进军，探索海底蕴藏的矿产资源。几十年前人们还仅是开发大陆架的石油和天然气，而目前正在试图探索、勘查深海洋底。二是向地壳深部进军，探索地表500m以下蕴藏的矿产资源。据估计，目前人类每年从地质环境开发的矿产资源总量高达300亿t以上，人均消费量达到6t左右［44］。城市化、工程建设、矿产开采、农业开发等工程经济活动搬运和移动的土壤与岩石量达到了前所未有的程度。HooKe根据不同历史时期典型国家的工程经济活动规模，估算出了不同历史时期人均搬运岩土量(图1-15)。如果以人均搬运岩土量表示人类对地质环境作用强度，从图1-15可以得出，在距今200年以前的人类漫长历史进程中人类对地质环境的作用强度很弱;近100年人类对地质环境的作用强度急剧增大，到目前人类每年搬移土壤和岩石总量已经超过了全球沉积循环的自然的土壤和岩石流动。
图1-15 人类不同历史时期人均搬移土壤和岩石量估算曲线图［31］
在可持续发展的框架下，各个国家先后出台了相关的法律、规定、政策和规划，加强地质环境保护与管理。美国1977年颁布了露天采矿与复垦法，在1990年和1992年进行了大幅度的修改和完善，对矿产开采、矿山闭坑、土地复垦等活动做出法律规定，并建立了废弃矿山复垦基金和矿山环境恢复履约保证金等制度，防治矿山开采所引发的地质环境问题。2002年欧盟出台了“第六环境行动计划”，目的是促进自然资源的可持续利用和废弃物管理，强调资源消费不能超过环境承载能力［45］。2006年欧盟发布了“土壤主题战略”，通过建立土地框架指南，以期解决土壤流失、土壤污染、盐渍化等土壤地质环境问题。