野外地質(zhì)教學(xué)中地質(zhì)時空觀的培養(yǎng)

高紅燦，王茂成，李小剛

重慶科技學(xué)院 石油與天然氣工程學(xué)院，重慶 401331

實踐教學(xué)

野外地質(zhì)教學(xué)中地質(zhì)時空觀的培養(yǎng)

高紅燦，王茂成，李小剛

重慶科技學(xué)院 石油與天然氣工程學(xué)院，重慶 401331

地質(zhì)學(xué)的研究對象是地球，其特殊的時空屬性使得地質(zhì)專業(yè)的學(xué)習(xí)必須具有正確的地質(zhì)時空觀。本文以重慶科技學(xué)院天府野外地質(zhì)實習(xí)基地的地質(zhì)地貌特征為基礎(chǔ)，對野外地質(zhì)教學(xué)中地質(zhì)時空觀的培養(yǎng)進行了探討。地質(zhì)空間觀的本質(zhì)是空間尺度觀，地質(zhì)時間觀的建立必須通過地質(zhì)現(xiàn)象的觀察分析來實現(xiàn)，地質(zhì)時間觀和空間觀密切相關(guān)。地質(zhì)時空觀的培養(yǎng)是野外地質(zhì)教學(xué)的重點和難點，地質(zhì)時空觀的建立不僅可提高學(xué)生學(xué)習(xí)地質(zhì)專業(yè)的興趣和信心，而且也為以后的學(xué)習(xí)和工作打下良好的地學(xué)思維基礎(chǔ)。

野外地質(zhì)教學(xué)；地學(xué)思維；地質(zhì)時空觀

地質(zhì)學(xué)的研究對象具有演化時間跨度大、空間范圍分布廣、地質(zhì)過程十分復(fù)雜的特點，其特殊的時空屬性使得地質(zhì)專業(yè)的學(xué)習(xí)必須運用正確的地學(xué)思維［1］。地學(xué)思維方式是地質(zhì)學(xué)家認識、理解和把握地球客體的本質(zhì)和規(guī)律的思想方式，是地球客體的規(guī)律在思維領(lǐng)域的反映模式，也是地學(xué)思維活動中用以認識、評價地球客體的思想模式［2］。地學(xué)思維教育的核心問題是讓學(xué)生認識到地球是由物質(zhì)組成的，且一直在無比龐大的空間和漫長的時間中運動變化著［3］。地質(zhì)時空觀是地學(xué)思維中最重要、最基本的思維方式，其本質(zhì)是對地質(zhì)現(xiàn)象和地質(zhì)過程的理解與認識［4-6］。野外地質(zhì)教學(xué)形象而直觀，是培養(yǎng)學(xué)生地學(xué)思維時空觀的良好時機，地學(xué)思維時空觀的培養(yǎng)也一直是野外地質(zhì)教學(xué)的重點和難點［7-8］。

筆者結(jié)合近年來野外地質(zhì)教學(xué)的實踐，以重慶科技學(xué)院天府野外地質(zhì)實習(xí)基地的地質(zhì)地貌特征為基礎(chǔ)，探討野外地質(zhì)教學(xué)中學(xué)生地質(zhì)時空觀的培養(yǎng)。

一、重慶北碚天府地區(qū)地質(zhì)地貌特征

1.地質(zhì)特征

重慶市北碚區(qū)天府地區(qū)位于四川盆地東緣，地表出露下二疊統(tǒng)茅口組—上侏羅統(tǒng)蓬萊鎮(zhèn)組地層（圖1）。晚三疊世之前為海相沉積，晚三疊世之后，受印支運動影響，海水永久性地退出上揚子地臺，形成晚三疊世之后的河流—湖泊（三角洲）陸相沉積。侏羅紀(jì)末期受燕山運動的影響，天府地區(qū)不僅缺失白堊系—新近系，而且在巨大水平擠壓力的作用下，四川盆地東部地區(qū)侏羅系及之前的地層強烈褶皺，形成了極富特色的由窄而緊閉的背斜和寬而平緩的向斜組成的川東隔檔式褶皺帶。天府地區(qū)位于川東隔檔式褶皺帶的西緣，主體構(gòu)造為觀音峽背斜，其核部出露地層為上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M，局部由于斷層作用有少量下二疊統(tǒng)茅口組，兩翼主要由上二疊統(tǒng)長興組—中侏羅統(tǒng)下沙溪廟組組成（圖1）。該區(qū)地質(zhì)構(gòu)造相對簡單、地表露頭較好，是重慶科技學(xué)院地質(zhì)學(xué)專業(yè)和資源勘查工程專業(yè)的沉積相和地質(zhì)填圖實習(xí)基地。

2.地貌特征

重慶市北碚區(qū)天府地區(qū)現(xiàn)今山峰林立、溝谷交錯，具典型的“一山二嶺兩槽”的地貌特征（圖1）。山、嶺、槽的延伸方向均為NNE—SSW，與觀音峽背斜軸向及地層走向基本一致。其中海拔最高的“一山”主要與背斜核部一致。“兩槽”主要由背斜兩翼的下三疊統(tǒng)嘉陵江組和飛仙關(guān)組的碳酸鹽巖及泥頁巖構(gòu)成，其中NW翼上形成的槽谷稱為“前槽”，發(fā)育較完整；SE翼上形成的槽谷稱為“后槽”，因斷層作用而發(fā)育較差。“二嶺”則主要由背斜兩翼的上三疊統(tǒng)須家河組砂巖構(gòu)成（圖1）。

圖1 重慶北碚天府地區(qū)樓梯溝剖面信手剖面圖

二、地質(zhì)時空觀的培養(yǎng)

1.地質(zhì)空間觀的培養(yǎng)

地質(zhì)空間觀的本質(zhì)是空間尺度觀，所謂地質(zhì)尺度是指認識地質(zhì)現(xiàn)象的客觀標(biāo)準(zhǔn)，包括地質(zhì)體幾何形態(tài)、空間方位以及地質(zhì)尺度的建立［7］。由于地球本身的龐大，其地質(zhì)作用，特別是內(nèi)力地質(zhì)作用所形成的山脈、溝谷、盆地、巖漿體、斷層等規(guī)模宏大，通常遠遠超出了人們的視野，即使我們身處其中也可能渾然不覺。所以，分析地質(zhì)現(xiàn)象必須要有地質(zhì)空間觀。

重慶科技學(xué)院天府野外地質(zhì)實習(xí)基地的沉積相實習(xí)及地質(zhì)填圖實習(xí)都是圍繞著“一山二嶺兩槽”開展的，實習(xí)期間，每天都要徒步從“前槽”翻越“一山”進入“后槽”及“二嶺”，學(xué)生對實習(xí)區(qū)“一山二嶺兩槽”的地貌特征認識較清晰，但通過地層的重復(fù)出現(xiàn)及產(chǎn)狀變化判斷出“一山二嶺兩槽”屬同一個單一大背斜后，就會產(chǎn)生較大疑惑—如此大的地貌差怎么會屬同一個單一背斜呢？該地貌又是如何形成的？之所以學(xué)生會產(chǎn)生如此疑問，其關(guān)鍵問題是學(xué)生的地質(zhì)時空觀尚未建立起來，即沒有地質(zhì)作用的時間和空間的尺度概念。

在野外地質(zhì)教學(xué)中，老師要抓住學(xué)生的好奇心和求知欲，適當(dāng)引導(dǎo)學(xué)生有意識地建立地質(zhì)空間觀，用已學(xué)過的知識去分析各種地質(zhì)現(xiàn)象的空間特征。首先，讓學(xué)生思考天府地區(qū)觀音峽背斜剛形成時的地貌是什么樣子？學(xué)生用已學(xué)過的構(gòu)造地質(zhì)學(xué)知識能認識到觀音峽背斜形成時天府地區(qū)應(yīng)是一個較完整的單一背斜山脈地貌，老師可指導(dǎo)學(xué)生在當(dāng)前的地質(zhì)地貌特征基礎(chǔ)上恢復(fù)出原地貌（圖1）。然后，再進一步引導(dǎo)學(xué)生思考現(xiàn)今和當(dāng)初的地貌為什么會產(chǎn)生如此大的變化？學(xué)生利用已學(xué)過的外動力地質(zhì)作用中的風(fēng)化作用和地面流水地質(zhì)作用等知識，再結(jié)合組成各地貌單元的地層巖性特征，能認識到形成現(xiàn)今地貌的主要原因是差異風(fēng)化侵蝕—“兩槽”主要是因背斜兩翼的下三疊統(tǒng)嘉陵江組夾膏鹽的碳酸鹽巖及飛仙關(guān)組泥頁巖及碳酸鹽巖被強烈風(fēng)化溶蝕而形成，“二嶺”主要是因背斜兩翼的上三疊統(tǒng)須家河組砂巖的抗風(fēng)化能力較強而形成，而“一山”則主要是繼承了觀音峽背斜核部的高地貌特征。通過分析，學(xué)生會豁然開朗，并體會到看似很復(fù)雜的問題其實道理很簡單，只是自己沒有把已學(xué)過的知識用活。這時，老師告訴學(xué)生其深層次的原因主要是他們的地質(zhì)時空觀尚未建立起來，讓學(xué)生認識到地質(zhì)時空觀在分析地質(zhì)問題中的重要性。

經(jīng)過這些思考分析，學(xué)生應(yīng)能初步建立起地質(zhì)空間觀，學(xué)會了一種分析地質(zhì)問題的方法，會有一種增長了知識的自豪感和解決了問題的成就感。緊接著老師可在此基礎(chǔ)上讓學(xué)生進一步思考:第一，為什么“后槽”沒有“前槽”發(fā)育得好？即為什么“后槽”窄而“前槽”寬？學(xué)生能根據(jù)“后槽”所在的SE翼裴家灣地區(qū)發(fā)育有兩條斷層而造成較多地層缺失，特別是泥頁巖發(fā)育的下三疊統(tǒng)飛仙關(guān)組三段和五段幾乎全部缺失；而“前槽”所在的NW翼上斷層不發(fā)育、地層較完整，從而使得“前槽”更寬闊。第二，背斜核部最老的地層下二疊統(tǒng)茅口組和上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M為什么沒出現(xiàn)在“一山”的最高峰？學(xué)生能根據(jù)學(xué)過的構(gòu)造地質(zhì)學(xué)的知識，結(jié)合天府地區(qū)的實際情況，認識到由于背斜核部張性節(jié)理發(fā)育且有鐵廠溝斷層作用，從而使得背斜核部地層較破碎，后期更易遭受風(fēng)化侵蝕而逐漸變低。至此，學(xué)生能將實習(xí)區(qū)“一山二嶺兩槽”區(qū)下三疊統(tǒng)飛仙關(guān)組近400m的泥頁巖、下三疊統(tǒng)嘉陵江組500多米的碳酸鹽巖等地層的沉積時間，以及150Ma有了相對較具體的地質(zhì)時間概念。在此基礎(chǔ)上可讓學(xué)生進一步思考，若在不發(fā)生其他構(gòu)造運動的情況下再過150Ma或更長時間，現(xiàn)今的地貌可能會變成什么樣子？此時，學(xué)生就能根據(jù)之前分析現(xiàn)今地貌形成原因時得出的差異風(fēng)化侵蝕的主要原因進一步分析——組成“一山”的下二疊統(tǒng)茅口組—下三疊統(tǒng)飛仙關(guān)組的巖性也是抗風(fēng)化能力較差的碳酸鹽巖及泥頁巖，加上背斜核部斷層及張節(jié)理較發(fā)育，更易于遭受風(fēng)化侵蝕，而組成“二嶺”的砂巖抗風(fēng)化能力相對較強且斷裂構(gòu)造相對不發(fā)育。所以，經(jīng)過150Ma或更長時間，因“一山”的風(fēng)化侵蝕速度快于“二嶺”而可能使“山”“嶺”角色互換而使現(xiàn)今的“一山二嶺兩槽”變?yōu)椤岸揭粠X兩槽”；進一步或“一山”風(fēng)化剝蝕速度更快于“二槽”使“一山”也變?yōu)椤安邸倍霈F(xiàn)“三槽”，從而使得現(xiàn)今的“一山二嶺兩槽”變?yōu)椤岸饺邸钡?。?jīng)過分析，不僅使學(xué)生初步建立起地質(zhì)時間觀，在進行地質(zhì)現(xiàn)象分析時更加全面，同時，又給學(xué)生傳授了相關(guān)的地質(zhì)作用、地層及地質(zhì)構(gòu)造等方面較完整的知識體系。

三、結(jié)語

地質(zhì)時空觀密切相關(guān)，在分析地質(zhì)問題時缺一不可。在野外地質(zhì)教學(xué)中，老師可結(jié)合實習(xí)區(qū)的地質(zhì)地貌特征有意識地培養(yǎng)學(xué)生的地質(zhì)時空觀。地質(zhì)空間觀的培養(yǎng)可結(jié)合實習(xí)區(qū)地貌特征及其演化分析，使學(xué)生體會到地質(zhì)空間尺度的宏大，進而在地質(zhì)專業(yè)學(xué)習(xí)中利用地質(zhì)空間尺度來分析地質(zhì)問題。地質(zhì)時間觀的培養(yǎng)須通過地質(zhì)現(xiàn)象的觀察分析來實現(xiàn)。可通過已知湖盆或海洋的沉積速率，結(jié)合實習(xí)區(qū)地層沉積厚度特征來培養(yǎng)學(xué)生的地質(zhì)時間觀，并進一步通過預(yù)測未來地貌的變化來增強學(xué)生的地質(zhì)時間觀。地質(zhì)時空觀的建立不僅可提高學(xué)生學(xué)習(xí)地質(zhì)專業(yè)的興趣和信心，而且也為以后的學(xué)習(xí)和工作打下良好的地學(xué)思維基礎(chǔ)。

［1］ 許洪才， 谷永昌， 姚寶剛， 等. 地質(zhì)思維的物質(zhì)觀和時空觀［J］.河北地質(zhì)學(xué)院學(xué)報， 1995，18（6）:618-622.

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［11］ Wilson J L. Carbonate facies in geologic history［M］. New York: Springer-Verlag， 1975.的地貌特征與該地區(qū)的地層及地質(zhì)構(gòu)造特征聯(lián)系起來，初步建立起了地質(zhì)空間觀，并對人們通常用“滄海桑田”來驚嘆自然界變化之大不以為然，并認為即便是“滄海高山”也是很普遍的自然（地質(zhì)）現(xiàn)象。

2.地質(zhì)時間觀的培養(yǎng)

學(xué)生在地質(zhì)空間觀初步建立之后，對天府地區(qū)現(xiàn)今“一山二嶺兩槽”的地貌特征和觀音峽背斜形成時的單一背斜山脈地貌特征及其成因聯(lián)系有了較清晰的認識，但對其演化可能尚無時間概念。地質(zhì)現(xiàn)象的時空屬性是不可分割的，學(xué)生只有在建立起地質(zhì)時間觀后，才能對天府地區(qū)現(xiàn)今地貌的形成及演化有全面深入的認識。

相對于地質(zhì)空間觀，地質(zhì)時間觀的建立難度更大。地質(zhì)現(xiàn)象的空間屬性相對直觀些，可通過實地觀測分析而逐漸清晰，并可進一步通過遙感圖像解譯等手段來驗證。而地質(zhì)現(xiàn)象的時間屬性相對抽象些，因大多地質(zhì)作用非常緩慢，地質(zhì)年代通常以百萬年（Ma）為單位，盡管現(xiàn)今高精度同位素技術(shù)已經(jīng)能夠獲得千年、百年尺度下的高置信度年代學(xué)數(shù)據(jù)，極大提高了地質(zhì)學(xué)研究的時間精度［9］，但現(xiàn)代地質(zhì)學(xué)所關(guān)注的時間尺度仍遠遠超過了人的生命，在人有限的生命里根本不可能實際觀測到很多地質(zhì)作用具體動態(tài)的發(fā)生過程。因此，學(xué)生地質(zhì)時間觀的建立必須通過地質(zhì)現(xiàn)象的觀察分析來實現(xiàn)。

通過查閱資料，學(xué)生可知道天府地區(qū)從原始單一的觀音峽背斜山脈地貌變?yōu)楝F(xiàn)今“一山二嶺兩槽”的地貌歷時約150Ma，但該地質(zhì)時間對學(xué)生來說可能僅是一個數(shù)字。老師可結(jié)合已知湖盆或海洋的沉積速率來加強學(xué)生的地質(zhì)時間觀，如渤海灣盆地東營凹陷古近系沙河街組三段下亞段暗色泥頁巖的平均沉積速率僅為0.014mm/a［10］，而全新世淺水碳酸鹽的平均沉積速率為1mm/a，礁帶為3mm/a，大巴哈馬灘和安德羅斯島潮坪碳酸鹽為0.7mm/a，但深水環(huán)境碳酸鹽僅為0.01mm/a，甚至沒有［11］。通過對比，學(xué)生應(yīng)對天府地

field geological teaching； geology thinking； spatiotemporal view

G642

A

1006-9372（2015）02-0072-03

2015-03-01；

2015-04-23。

重慶科技學(xué)院教育教學(xué)改革研究重點項目（201406）。

高紅燦，男，副教授，主要從事沉積學(xué)和石油地質(zhì)學(xué)的教學(xué)與研究工作。

投稿網(wǎng)址： www.chinageoeducation.net.cn 聯(lián)系郵箱:bjb3162@cugb.edu.cn

引用格式:高紅燦，王茂成，李小剛，等.野外地質(zhì)教學(xué)中地質(zhì)時空觀的培養(yǎng)［J］.中國地質(zhì)教育，2015，24（2）:72-74.

Title: Cultivation on the Spatiotemporal View of Geology in Field Geological Practice Teaching

Author（s）: Gao Hong-can，Wang Mao-cheng，Li Xiao-gang