基于幾何學(xué)構(gòu)建本科生構(gòu)造地質(zhì)學(xué)實(shí)習(xí)課內(nèi)容體系

陳書平+周榆杰+陳曉坤

摘要：構(gòu)造地質(zhì)學(xué)的內(nèi)容或研究方法包括幾何學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)三個(gè)部分。這三個(gè)部分相互銜接穿插，但以構(gòu)造幾何學(xué)為基礎(chǔ)。對(duì)于本科生初學(xué)者，構(gòu)造幾何學(xué)是一個(gè)切入點(diǎn)，也是本科生能否對(duì)構(gòu)造地質(zhì)學(xué)產(chǎn)生興趣的關(guān)鍵，隨堂實(shí)習(xí)課在其中起著重要作用。因此，在構(gòu)建實(shí)習(xí)課內(nèi)容時(shí)，應(yīng)以構(gòu)造幾何學(xué)部分為主，兼顧運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的學(xué)習(xí)。

關(guān)鍵詞：構(gòu)造地質(zhì)學(xué)；實(shí)習(xí)課；內(nèi)容體系；改革

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2017）12-0029-02

構(gòu)造地質(zhì)學(xué)是地質(zhì)學(xué)的重要分支科學(xué)，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(jī)制及其相互影響、時(shí)空分布和演化規(guī)律為其主要目標(biāo)。構(gòu)造地質(zhì)學(xué)堪稱“地質(zhì)學(xué)中的哲學(xué)”，可分為大地構(gòu)造學(xué)（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(xué)（在1∶5萬地質(zhì)圖至手標(biāo)本尺度上能見全貌的構(gòu)造）和顯微構(gòu)造學(xué)（顯微鏡下可以觀察到的構(gòu)造）。本文的構(gòu)造地質(zhì)學(xué)主要指的是“狹義”構(gòu)造地質(zhì)學(xué)，其研究方法是利用野外觀察、地球物理探測(cè)、室內(nèi)試驗(yàn)和基于連續(xù)力學(xué)的計(jì)算來研究地質(zhì)構(gòu)造。構(gòu)造地質(zhì)學(xué)內(nèi)容或研究方法包括幾何學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)三個(gè)方面[2，3]，這三個(gè)方面不是獨(dú)立存在，而是相互穿插銜接。對(duì)本科生初學(xué)者來說，構(gòu)造幾何學(xué)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(shí)習(xí)才能取得好的效果。這就要求在構(gòu)建實(shí)習(xí)課內(nèi)容時(shí)，合理分配學(xué)時(shí)，并精心組織內(nèi)容。本文將結(jié)合教學(xué)實(shí)際，對(duì)本科生構(gòu)造地質(zhì)學(xué)實(shí)習(xí)內(nèi)容及教學(xué)環(huán)節(jié)等提出一些看法，供同行交流。

一、構(gòu)造幾何學(xué)的內(nèi)涵

構(gòu)造幾何學(xué)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(xué)應(yīng)含制圖學(xué)[1]。運(yùn)動(dòng)學(xué)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(yùn)動(dòng)，是由巖石或巖層中的原生構(gòu)造、次生構(gòu)造所揭示。運(yùn)動(dòng)學(xué)含定年學(xué)和GPS技術(shù)[1]。動(dòng)力學(xué)是指產(chǎn)生構(gòu)造的力、應(yīng)力和力學(xué)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(gè)方面中，幾何學(xué)是構(gòu)造解析的基礎(chǔ)，也是最具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的部分[2，3]。

二、構(gòu)造幾何學(xué)的意義

構(gòu)造幾何學(xué)的意義主要表現(xiàn)在三個(gè)方面，一是幫助學(xué)生建立構(gòu)造的概念模型，二是幫助培養(yǎng)學(xué)生的繪圖能力，三是在探礦等方面的實(shí)際應(yīng)用。構(gòu)造幾何學(xué)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(duì)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(xué)分析為運(yùn)動(dòng)學(xué)分析和動(dòng)力學(xué)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(yùn)動(dòng)，斷層兩盤受到剪切力作用。構(gòu)造幾何學(xué)分析之下的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析，既可幫助理解構(gòu)造形成的動(dòng)力學(xué)機(jī)制，理解構(gòu)造動(dòng)力學(xué)背景，又可反過來指導(dǎo)幾何學(xué)研究，幫助預(yù)測(cè)未發(fā)現(xiàn)的構(gòu)造，如構(gòu)造應(yīng)力場計(jì)算預(yù)測(cè)裂縫分布。在油氣探測(cè)、礦床尋找等實(shí)踐活動(dòng)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(xué)方面的內(nèi)容。這些參數(shù)有時(shí)可在野外直接測(cè)量活動(dòng)，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(xué)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(qiáng)構(gòu)造幾何學(xué)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(jìn)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(cè)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(shí)習(xí)課，學(xué)生學(xué)習(xí)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(diǎn)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(diǎn)法”的基本原理是三點(diǎn)決定一個(gè)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(jìn)行要素統(tǒng)計(jì)和幾何關(guān)系解析。赤平投影方法的學(xué)習(xí)和應(yīng)用，還可幫助學(xué)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(xué)。（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(fù)雜褶皺區(qū)地質(zhì)圖。（2）編圖，表達(dá)一個(gè)構(gòu)造的最基本圖件就是平面圖和剖面圖。通過編圖，使學(xué)生對(duì)構(gòu)造三維空間形態(tài)有更深的理解，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)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(diǎn)和傾斜資料，利用放線距進(jìn)行編制，可編制一個(gè)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(gè)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(duì)圖件所反映的構(gòu)造形態(tài)做出簡要分析。從編制一個(gè)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(xué)習(xí)階段，制作剖面圖，主要是在地質(zhì)圖上進(jìn)行?？稍?幅地質(zhì)圖上的多個(gè)方向編圖，這樣會(huì)使學(xué)生對(duì)構(gòu)造有一個(gè)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(fù)雜構(gòu)造區(qū)剖面圖。根據(jù)野外節(jié)理產(chǎn)狀統(tǒng)計(jì)資料，用赤平投影方法編制等密圖，學(xué)習(xí)節(jié)理資料的統(tǒng)計(jì)方法，進(jìn)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(fù)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(diǎn)、演化歷史及動(dòng)力條件。同時(shí)編制1—2幅剖面圖、構(gòu)造綱要圖，最后寫出總結(jié)報(bào)告，培養(yǎng)學(xué)生綜合分析能力。最后，在教學(xué)過程中，應(yīng)結(jié)合講課內(nèi)容安排1—2次野外實(shí)地講課，如好的褶皺構(gòu)造、斷層構(gòu)造露頭等，使學(xué)生對(duì)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(xué)的教學(xué)過程中，難點(diǎn)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(shí)體構(gòu)造形態(tài)和方位，從而影響了學(xué)習(xí)興趣和對(duì)構(gòu)造地質(zhì)學(xué)的理解。而這一問題的解決，只能靠大量的練習(xí)和觀察才能解決。通過上述的實(shí)習(xí)課內(nèi)容的補(bǔ)充調(diào)整和安排，在教學(xué)過程中得到了良好的教學(xué)效果，也得到了學(xué)生們的認(rèn)可。通過實(shí)習(xí)課，學(xué)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(jìn)行的2次野外實(shí)地教學(xué)，極大地調(diào)動(dòng)了學(xué)生的積極性和學(xué)習(xí)興趣，有道是百聞不如一見。學(xué)生實(shí)地觀察、實(shí)地測(cè)量、實(shí)地分析討論，取得了非常好的教學(xué)效果。這樣的實(shí)地教學(xué)不同于認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)和綜合地質(zhì)實(shí)習(xí)，它是緊密結(jié)合教學(xué)內(nèi)容，主題明確。實(shí)習(xí)課內(nèi)容的整合凝練，幫助學(xué)生對(duì)構(gòu)造地質(zhì)學(xué)內(nèi)容和研究方法的系統(tǒng)理解和掌握，也使學(xué)生懂得了實(shí)際應(yīng)用，明確了學(xué)習(xí)目標(biāo)，提高了學(xué)習(xí)興趣，課堂氣氛活躍，課后積極思考和完成作業(yè)?？傮w教學(xué)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(xué)實(shí)習(xí)課的教學(xué)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(dāng)代發(fā)展要求。在構(gòu)造地質(zhì)學(xué)實(shí)習(xí)課內(nèi)容編排和講授環(huán)節(jié)上，應(yīng)以構(gòu)造幾何學(xué)為主，兼顧運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)。只有這樣，才能讓學(xué)生對(duì)構(gòu)造地質(zhì)學(xué)有一個(gè)系統(tǒng)的理解，提高學(xué)習(xí)興趣，取得良好的教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)：

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