陳書平+周榆杰+陳曉坤

摘要：構(gòu)造地質(zhì)學的內(nèi)容或研究方法包括幾何學、運動學和動力學三個部分。這三個部分相互銜接穿插，但以構(gòu)造幾何學為基礎(chǔ)。對于本科生初學者，構(gòu)造幾何學是一個切入點，也是本科生能否對構(gòu)造地質(zhì)學產(chǎn)生興趣的關(guān)鍵，隨堂實習課在其中起著重要作用。因此，在構(gòu)建實習課內(nèi)容時，應(yīng)以構(gòu)造幾何學部分為主，兼顧運動學和動力學的學習。

關(guān)鍵詞：構(gòu)造地質(zhì)學；實習課；內(nèi)容體系；改革

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）12-0029-02

構(gòu)造地質(zhì)學是地質(zhì)學的重要分支科學，以研究地殼及上地幔地質(zhì)體的形成、形態(tài)和變形構(gòu)造作用的成因機制及其相互影響、時空分布和演化規(guī)律為其主要目標。構(gòu)造地質(zhì)學堪稱“地質(zhì)學中的哲學”，可分為大地構(gòu)造學（在1∶20萬及以下比例尺地質(zhì)圖上能見其全貌的構(gòu)造單元）、“狹義”構(gòu)造地質(zhì)學（在1∶5萬地質(zhì)圖至手標本尺度上能見全貌的構(gòu)造）和顯微構(gòu)造學（顯微鏡下可以觀察到的構(gòu)造）。本文的構(gòu)造地質(zhì)學主要指的是“狹義”構(gòu)造地質(zhì)學，其研究方法是利用野外觀察、地球物理探測、室內(nèi)試驗和基于連續(xù)力學的計算來研究地質(zhì)構(gòu)造。構(gòu)造地質(zhì)學內(nèi)容或研究方法包括幾何學、運動學和動力學三個方面[2，3]，這三個方面不是獨立存在，而是相互穿插銜接。對本科生初學者來說，構(gòu)造幾何學概念的建立是最重要的，也是最基本的要求，必須通過大量的實習才能取得好的效果。這就要求在構(gòu)建實習課內(nèi)容時，合理分配學時，并精心組織內(nèi)容。本文將結(jié)合教學實際，對本科生構(gòu)造地質(zhì)學實習內(nèi)容及教學環(huán)節(jié)等提出一些看法，供同行交流。

一、構(gòu)造幾何學的內(nèi)涵

構(gòu)造幾何學是指地質(zhì)構(gòu)造的形態(tài)、大小、產(chǎn)狀以及各構(gòu)造要素之間的幾何關(guān)系，他們組成完整的具有幾何規(guī)律的構(gòu)造系或型式。構(gòu)造幾何學應(yīng)含制圖學[1]。運動學是指巖石作為整體或其內(nèi)部各部分從形成至變形期間所經(jīng)歷的過程和發(fā)生的運動，是由巖石或巖層中的原生構(gòu)造、次生構(gòu)造所揭示。運動學含定年學和GPS技術(shù)[1]。動力學是指產(chǎn)生構(gòu)造的力、應(yīng)力和力學過程，其目的是查明變形應(yīng)力的性質(zhì)、大小和方位，常以應(yīng)變分析和流變分析為基礎(chǔ)。上述三個方面中，幾何學是構(gòu)造解析的基礎(chǔ)，也是最具有實際應(yīng)用價值的部分[2，3]。

二、構(gòu)造幾何學的意義

構(gòu)造幾何學的意義主要表現(xiàn)在三個方面，一是幫助學生建立構(gòu)造的概念模型，二是幫助培養(yǎng)學生的繪圖能力，三是在探礦等方面的實際應(yīng)用。構(gòu)造幾何學分析也是構(gòu)造的描述性分析，是構(gòu)造研究第一步的也是最基礎(chǔ)的部分，是對構(gòu)造位態(tài)、規(guī)模及其相互之間關(guān)系的分析描述，幫助定義構(gòu)造類型、構(gòu)造樣式，建立構(gòu)造變形場。構(gòu)造幾何學分析為運動學分析和動力學分析打下基礎(chǔ)，例如頂厚褶皺或多排線狀褶皺，很可能是縱彎褶皺作用的結(jié)果，巖層受到了垂直褶皺長軸方向的水平擠壓；再如，斷層面上的一條水平擦痕，則指示斷層兩盤發(fā)生了走向運動，斷層兩盤受到剪切力作用。構(gòu)造幾何學分析之下的運動學和動力學分析，既可幫助理解構(gòu)造形成的動力學機制，理解構(gòu)造動力學背景，又可反過來指導幾何學研究，幫助預測未發(fā)現(xiàn)的構(gòu)造，如構(gòu)造應(yīng)力場計算預測裂縫分布。在油氣探測、礦床尋找等實踐活動中，往往需要構(gòu)造大小規(guī)模、排列分布等方面的資料，如某圈閉構(gòu)造的產(chǎn)狀及閉合幅度、礦體大小及展布方向等，這都是幾何學方面的內(nèi)容。這些參數(shù)有時可在野外直接測量活動，更多的情況則是根據(jù)間接資料如地震資料等通過編圖獲得，如剖面圖、構(gòu)造圖等。在編圖過程中，培養(yǎng)了學生的繪圖能力，幫助建立了構(gòu)造的空間概念，幫助理解構(gòu)造。

三、加強構(gòu)造幾何學概念的措施

1.依據(jù)多資料多方法多手段建立產(chǎn)狀概念。產(chǎn)狀乃巖體在地殼上的賦存狀況，包括巖層面的空間方位和傾角以及巖層厚度，是建立空間概念、進行構(gòu)造分析和讀圖分析的基礎(chǔ)。這里的產(chǎn)狀主要指的是面狀構(gòu)造（巖層面、斷層面等）的空間方位和傾斜程度，有走向、傾向、傾角。產(chǎn)狀可在野外露頭上直接測量獲得，也可根據(jù)諸如鉆井、地震資料，利用間接手段得到。隨堂實習課，學生學習的方法應(yīng)包括：在地形地質(zhì)圖上，應(yīng)用“V”字型法則、“弧弦法”、“三點法”等求產(chǎn)狀?！癡”字型法則可以幫助判斷巖層走向和傾向；“弧弦法”是在地形地質(zhì)圖上，通過制作同一層面上兩條平行走向線的方法獲得的；“三點法”的基本原理是三點決定一個面，資料來源于鉆井或地震。赤平投影是間接獲得巖層產(chǎn)狀的有效方法，它既可方便地表示面、線構(gòu)造的產(chǎn)狀及其相互關(guān)系，又能進行要素統(tǒng)計和幾何關(guān)系解析。赤平投影方法的學習和應(yīng)用，還可幫助學生建立構(gòu)造的空間概念。

2.通過讀圖和編圖理解構(gòu)造幾何學。（1）讀圖，讀圖主要指閱讀分析地質(zhì)圖。先讀水平巖層和單斜巖層地區(qū)的地形地質(zhì)圖，然后讀帶斷層和褶皺的地形地質(zhì)圖。在此基礎(chǔ)上，讀復雜褶皺區(qū)地質(zhì)圖。（2）編圖，表達一個構(gòu)造的最基本圖件就是平面圖和剖面圖。通過編圖，使學生對構(gòu)造三維空間形態(tài)有更深的理解，同時培養(yǎng)學生動手能力，這也是將來工作所必需的基本技能。地質(zhì)圖和構(gòu)造（等高線）圖是最重要的平面圖。地質(zhì)圖可以根據(jù)巖層露頭點和傾斜資料，利用放線距進行編制，可編制一個層系的簡單露頭線，也可編制帶不整合或其他構(gòu)造的多層系露頭線。構(gòu)造圖是表示某一個面（巖層面、斷層面等）的高低起伏變化，可根據(jù)鉆井資料、地震資料編圖，并對圖件所反映的構(gòu)造形態(tài)做出簡要分析。從編制一個簡單背斜構(gòu)造圖入手，再編制有斷層和褶皺地區(qū)的構(gòu)造圖。剖面圖一般指的是橫切構(gòu)造的鉛直剖面。在本科生學習階段，制作剖面圖，主要是在地質(zhì)圖上進行。可在1幅地質(zhì)圖上的多個方向編圖，這樣會使學生對構(gòu)造有一個全方位的理解，從二維圖上“看出”三維構(gòu)造。剖面圖的編制可從簡單的入手，如先編制單斜層剖面圖，然后逐漸過渡到編制復雜構(gòu)造區(qū)剖面圖。根據(jù)野外節(jié)理產(chǎn)狀統(tǒng)計資料，用赤平投影方法編制等密圖，學習節(jié)理資料的統(tǒng)計方法，進一步理解產(chǎn)狀概念和構(gòu)造三維形態(tài)。（3）綜合作業(yè)，在課程后期，安排綜合分析作業(yè)，所分析的圖件應(yīng)較復雜，包括不整合、斷層、褶皺以及巖漿巖體等構(gòu)造現(xiàn)象，分析構(gòu)造特點、演化歷史及動力條件。同時編制1—2幅剖面圖、構(gòu)造綱要圖，最后寫出總結(jié)報告，培養(yǎng)學生綜合分析能力。最后，在教學過程中，應(yīng)結(jié)合講課內(nèi)容安排1—2次野外實地講課，如好的褶皺構(gòu)造、斷層構(gòu)造露頭等，使學生對構(gòu)造形態(tài)有更好的理解。

四、效果分析

在構(gòu)造地質(zhì)學的教學過程中，難點之一就是表現(xiàn)在各構(gòu)造及構(gòu)造間關(guān)系的空間概念建立上，不能根據(jù)地質(zhì)圖、構(gòu)造圖想象出實體構(gòu)造形態(tài)和方位，從而影響了學習興趣和對構(gòu)造地質(zhì)學的理解。而這一問題的解決，只能靠大量的練習和觀察才能解決。通過上述的實習課內(nèi)容的補充調(diào)整和安排，在教學過程中得到了良好的教學效果，也得到了學生們的認可。通過實習課，學生的讀圖能力、做圖能力和綜合分析能力都有明顯的提高。隨堂進行的2次野外實地教學，極大地調(diào)動了學生的積極性和學習興趣，有道是百聞不如一見。學生實地觀察、實地測量、實地分析討論，取得了非常好的教學效果。這樣的實地教學不同于認識實習和綜合地質(zhì)實習，它是緊密結(jié)合教學內(nèi)容，主題明確。實習課內(nèi)容的整合凝練，幫助學生對構(gòu)造地質(zhì)學內(nèi)容和研究方法的系統(tǒng)理解和掌握，也使學生懂得了實際應(yīng)用，明確了學習目標，提高了學習興趣，課堂氣氛活躍，課后積極思考和完成作業(yè)?？傮w教學效果優(yōu)良。

五、結(jié)論及建議

在新的形式下，構(gòu)造地質(zhì)學實習課的教學面臨著新的挑戰(zhàn)，其內(nèi)容既要體現(xiàn)傳統(tǒng)經(jīng)典，又要體現(xiàn)當代發(fā)展要求。在構(gòu)造地質(zhì)學實習課內(nèi)容編排和講授環(huán)節(jié)上，應(yīng)以構(gòu)造幾何學為主，兼顧運動學和動力學。只有這樣，才能讓學生對構(gòu)造地質(zhì)學有一個系統(tǒng)的理解，提高學習興趣，取得良好的教學效果。

參考文獻：

[1]賈承造，雷永良，陳竹新.構(gòu)造地質(zhì)學的進展與學科發(fā)展特點[J].地質(zhì)論評，2014，60（4）：709-720.

[2]Davis G H and Reynolds S J. Structural geology of rocks and regions. New York：John Wiley & Sons，INC，1996：1-22.

[3]徐開禮，朱志澄.構(gòu)造地質(zhì)學[M].第2版.北京：地質(zhì)出版社，1989.