“V”字形法則象限教學(xué)法探索

劉見寶 崔樹軍 谷淵濤

摘 要：“V”字形法則是對傾斜巖層在地面露頭形態(tài)規(guī)律的總結(jié)，可以很好地應(yīng)用到地質(zhì)填圖、礦產(chǎn)勘查等領(lǐng)域。由于其空間的抽象性，是構(gòu)造地質(zhì)學(xué)的教學(xué)難點，學(xué)生難于理解掌握，只靠死記硬背，教學(xué)效果不理想。本文提出一種“V”字形法則的象限教學(xué)法，引入水平巖層面和直立巖層面作為輔助界面，將傾斜巖層產(chǎn)狀與地形坡面之間的所有可能關(guān)系劃分為3個象限，在剖面和平面上分別對應(yīng)于“V”形法則的三種情況。通過巖層剖面產(chǎn)狀與平面露頭形態(tài)的對照，建立一種理解記憶“V”字形法則更為形象、直觀的模型。該方法有利于學(xué)生快速、牢固地掌握“V”字形法則，在教學(xué)應(yīng)用中達(dá)到了良好的效果。

關(guān)鍵詞：象限教學(xué)法; 構(gòu)造地質(zhì)學(xué); “V”字形法則; 傾斜巖層

中圖分類號：P623? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? 文章編號：1006-3315（2021）11-063-002

勾繪地質(zhì)界線是野外地質(zhì)填圖工作中的重要環(huán)節(jié)。傾斜巖層的地質(zhì)界線呈現(xiàn)“V”字形，符合《構(gòu)造地質(zhì)學(xué)》的“V”字形法則，該法則只需確定傾斜巖層、斷層面或者不整合面等面狀地質(zhì)體上的兩個點，即可依據(jù)地形等高線勾繪面狀地質(zhì)體在地面的出露界線^[1]?！癡”字形法則是對傾斜巖層在地表的出露界線形態(tài)與地形等高線形態(tài)之間相互關(guān)系的規(guī)律總結(jié)，即傾斜巖層在地表的界線形態(tài)在穿越山谷和山脊處呈“V”字形^[2-4]。前人從不同角度對“V”字形法則的應(yīng)用、教學(xué)等方面^[5-9]進(jìn)行了探索研究，取得了較好的效果。郭淑芳^[10]等根據(jù)地形圖的制圖原理和傾斜巖層面走向的定義，引申出基準(zhǔn)走向西安的概念，并進(jìn)行定量研究。崔小東^[11]制定了“V”字形法則的定量研究指標(biāo)，可以更加準(zhǔn)確地勾繪面狀地質(zhì)體的出露界線。王燕子^[12]探索出包括感性認(rèn)知、理論學(xué)習(xí)、感性深入、綜合提高幾個步驟的階梯式教學(xué)方法。在《構(gòu)造地質(zhì)學(xué)》教學(xué)中，“V”字形法則歷來是一個難點。在教學(xué)中，雖然嘗試讓學(xué)生熟記“相反相同、相同相反、相同相同”十二字，然而由于缺乏直觀形象的概念模型，只靠死記硬背，而不是在理解的基礎(chǔ)上學(xué)習(xí)、應(yīng)用，學(xué)生在具體應(yīng)用中還是易忘易錯。鑒于此，本文通過建立“V”字形法則的平剖面對照模型，提出一種象限教學(xué)法，在教學(xué)實踐中取得了良好的效果。

1.“V”字形法則的適用條件

根據(jù)走向的定義可以知道，巖層界線與同一等高線交點的連線即是巖層面的總體走向。巖層的露頭界線形態(tài)，決定于巖層產(chǎn)狀、地形及二者的相互關(guān)系。水平巖層的露頭界線在地質(zhì)平面圖上與地形等高線平行或者重合;直立巖層露頭界線在地質(zhì)圖上則呈現(xiàn)為一條直線，直線方向與巖層走向一致;傾斜巖層露頭界線分布形態(tài)與地形等高線相交。當(dāng)其橫穿山谷或者山脊時，均呈“V”字形態(tài)，且根據(jù)地面坡向與巖層傾向、地面坡腳與巖層傾角之間的關(guān)系，巖層露頭界線的彎曲方向和彎曲程度呈規(guī)律性變化，這種規(guī)律稱為“V”字形法則。共有三種情形：（1）當(dāng)巖層傾向與地面坡向相反時，巖層地面出露界線與地形等高線的彎曲方向一致。即在溝谷處，巖層界線的“V”字形尖端指向溝谷的上游，而穿越山脊時，“V”字形尖端則指向山脊的下坡;但巖層界線的彎曲程度比等高線彎曲程度更小。（2）當(dāng)巖層傾向與地層坡向相同，且?guī)r層傾角大于地面坡腳時，巖層界線與地形等高線的彎曲方向相反。在溝谷中，“V”字形露頭線尖端指向下游;在山脊上，則指向山脊上坡。（3）當(dāng)巖層傾向與地面坡向一致，巖層傾角小于地面坡腳時，巖層露頭界線與地形等高線的彎曲方向相同。在溝谷中，巖層露頭界線的“V”字形尖端指向上游，在山脊上，其“V”字形尖端則指向山脊的下坡。這與第一種情況所表現(xiàn)的形態(tài)不同之處在于，巖層露頭界線的“V”字形彎曲度大于地形等高線的彎曲度^[13]。上面三種情況可以總結(jié)為12個字：“相反—相同，相同>相反，相同<相同”（圖1）。其中的“>”符號表示地面坡腳大于巖層傾角;“<”符號表示地面坡腳小于巖層傾角。雖然這12個字可以表達(dá)出巖層界線彎曲方向與地形等高線彎曲方向之間是“相反”或者“相同”的關(guān)系，然而，當(dāng)巖層界線與地形等高線彎曲方向相同時，卻難以體現(xiàn)出兩則彎曲程度之間的關(guān)系。

“V”字形法則不僅適用于巖層露頭線的分布形態(tài)，也適用于一切較平整的構(gòu)造面，比如斷層面、不整合面等露頭線的分布形態(tài)。但是其應(yīng)用也是有一定條件的，主要體現(xiàn)如下幾點：（1）比例尺的影響?！癡”字形法則對于野外觀察構(gòu)造現(xiàn)象，填繪或閱讀分析大比例尺地質(zhì)圖（大于1：5萬）很有幫助。而在中小比例尺（小于1：5萬）地質(zhì)圖上，巖層露頭界線形態(tài)主要受巖層走向變化的影響，地形的影響在這種圖上反映不出來。在巖層傾角較緩、地形起伏較大地區(qū)的中比例尺地質(zhì)圖上，可能反映出地形對巖層露頭界線分布的影響。（2）地質(zhì)體產(chǎn)狀的影響?！癡”字形法則適用于產(chǎn)狀相對穩(wěn)定的面狀地質(zhì)體出露位置的推斷，不適用于推斷環(huán)狀、“S”狀、麻花狀、團(tuán)塊狀、雞窩狀以及其它不規(guī)則地質(zhì)體。（3）地質(zhì)界面走向與地形之間的關(guān)系。當(dāng)?shù)刭|(zhì)界面走向與山脊、山谷延伸方向呈大角度相交時，“V”字形法則能得到較好的體現(xiàn)，并且“V”字形是對稱的;如果地質(zhì)界面走向與山脊、山谷方向近于平行時，則“V”字形法則表現(xiàn)不明顯;如果地質(zhì)界面走向與山脊、山谷方向斜交時，“V”字形不對稱。

2.“V”字形法則的教學(xué)難點

“V”字形法則是“構(gòu)造地質(zhì)學(xué)”教學(xué)過程中的重點內(nèi)容。同時由于其抽象性，也是教學(xué)的難點?！癡”字形法則是對巖層露頭界線形態(tài)與地形等高線形態(tài)之間關(guān)系的規(guī)律總結(jié)。因此，在學(xué)習(xí)“V”字形法則之前，必須具備相應(yīng)的測量學(xué)基礎(chǔ)知識和地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)知識。測量學(xué)方面，學(xué)生需了解地形圖繪制原理;具備地形圖讀圖能力;能從地形圖上分析出山脊和山谷、地形坡度大小等。在地質(zhì)學(xué)方面，應(yīng)該了解巖層直立、水平以及傾斜三種基本情況，掌握地質(zhì)界線、露頭形態(tài)等地質(zhì)術(shù)語等定義?！癡”字形法則是將空間的三維地質(zhì)體轉(zhuǎn)換為二維的平面地質(zhì)圖的過程。因此，學(xué)生需要有較高的空間思維能力。

“V”字形法則教學(xué)過程中的難點也是與其知識基礎(chǔ)要求和空間思維能力要求相關(guān)的。構(gòu)造地質(zhì)學(xué)是一門與實踐結(jié)合比較緊密的專業(yè)課，而學(xué)生還沒有足夠的實踐經(jīng)驗，難以建立起巖層與地形間的空間概念。

3.“V”字形法則象限教學(xué)法

象限教學(xué)法的思路主要體現(xiàn)在兩個方面：一是通過添加輔助地質(zhì)界面的方式，將“V”字形法則的三種可能情況劃分為三個象限（圖2）。水平巖層的露頭界線與地形等高線平行或者重合，直立巖層的露頭界線表現(xiàn)為一條直線。因此，以此兩面為輔助界面，將傾斜巖層的產(chǎn)狀變化劃分為三個象限。二是采取平剖面對照的方式，將巖層在剖面上的形態(tài)投影到平面圖上。象限Ⅰ為圖中的黃色區(qū)域，所代表的巖層產(chǎn)狀為與地形坡面傾向相同，但是地層傾角小于坡腳的情況，從剖面圖所對照的平面圖可以看出，其在平面上巖層露頭界線位于黃色區(qū)域內(nèi)，也就是與等高線彎曲方向相同，但是比等高線更加緊閉;象限Ⅱ為圖中紅色區(qū)域，該區(qū)域代表的巖層產(chǎn)狀為從水平到直立的情形，此時，巖層傾向與坡面傾向相反。平面對照圖上顯示的巖層露頭界線與等高線彎曲方向一致，但是比等高線更為寬緩;象限Ⅲ為圖中藍(lán)色區(qū)域，所代表的巖層產(chǎn)狀為與坡面傾向相同，但是傾角大于坡腳的情況。在對照圖中，巖層露頭界線與等高線彎曲方向相反。

4.結(jié)論

“V”字形法則是地質(zhì)人的基本功，是填繪、閱讀大比例尺地形地質(zhì)圖所必備的技能。由于其空間的抽象性，是《構(gòu)造地質(zhì)學(xué)》的教學(xué)難點。本文通過添加水平巖層和直立巖層輔助面的形式，將巖層產(chǎn)狀與坡面的關(guān)系劃分為三個象限。又通過平剖面對照模型，實現(xiàn)巖層展布規(guī)律由三維向二維的轉(zhuǎn)變。象限教學(xué)法形象直觀，容易理解，便于記憶，在教學(xué)實踐中取得良好的應(yīng)用效果。

基金項目：中國博士后科學(xué)基金（2018M642747）;河南省博士后科研項目資助（001803030）;河南省高等學(xué)校重點科研項目（20A170006）

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作者簡介：劉見寶，1982年生，男，河南省開封市人，副教授，博士后，現(xiàn)從事構(gòu)造地質(zhì)的研究、教學(xué)工作。