構(gòu)造地質(zhì)學(xué)“V”字型法則教學(xué)中的簡明圖示法

鄭求根，吳懷春，劉 豪，辛仁臣

（中國地質(zhì)大學(xué)（北京），北京 100083）

構(gòu)造地質(zhì)學(xué)中的“V”字型法則，是地質(zhì)類專業(yè)學(xué)生需要掌握的基本知識(shí)和基本技能，是構(gòu)造地質(zhì)學(xué)教學(xué)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)之一，也是在往后的工作中如讀圖和大比例尺填圖中必須要要用到的技能。

一、“V”字型法則的基本內(nèi)容

地層、斷層等面狀構(gòu)造的空間產(chǎn)出狀態(tài)一共有3種，一是水平，即傾角為零度，二是直立，傾角為90 度，還有一種叫傾斜，也就是傾角大于零度小于90 度。水平地層的出露線與等高線平行或重合，兩者是不會(huì)相交的。在山頂，地層露頭往往成孤島狀，在山坡上往往呈不規(guī)則的同心環(huán)狀或條帶狀，只要測定水平巖層層面一個(gè)點(diǎn)的位置，就能夠在地形圖上以這個(gè)點(diǎn)為起點(diǎn)，沿著或者是平行同高程的等高線勾繪出此界面的界線。直立的地層或斷層等面狀構(gòu)造在地形地質(zhì)圖上表現(xiàn)為直線，不受地形起伏的影響。因此水平和直立是面狀構(gòu)造的兩種特殊狀態(tài)，在地形地質(zhì)圖上很容易識(shí)別，其特征也很容易理解。

地層的原始產(chǎn)狀是水平或接近于水平的，由于受到構(gòu)造作用力的影響發(fā)生變形，使得地層與水平面間出現(xiàn)一定的夾角，便形成了傾斜地層。地層層面的傾斜是一種最為常見的狀態(tài)。傾斜的地層可能是某種構(gòu)造的一部分，比如為褶皺的一翼或者是斷層的一個(gè)盤，有的是由于地殼的不均勻抬升或下降形成的區(qū)域性傾斜。斷層也是一種常見的面狀構(gòu)造，同樣是傾斜狀態(tài)比直立和水平狀態(tài)更為常見。

傾斜的面狀構(gòu)造出露界線的分布形態(tài)更為復(fù)雜，表現(xiàn)出與地形等高線呈交截的關(guān)系，當(dāng)其穿過溝谷或山脊時(shí)，都呈“V”字型，根據(jù)面狀構(gòu)造的產(chǎn)狀、地面坡向和坡度的不同，“V”字的形態(tài)也有所不同，呈現(xiàn)一定的規(guī)律，這種規(guī)律就叫“V”字型法則。

由于地表面一般為起伏不平的曲面，傾斜的地層、斷層或礦層的出露線在地表的露頭也就變成了與等高線相交的曲線。地質(zhì)界線的彎曲方向和程度取決于地表的起伏、地層或斷層的傾向和傾角。根據(jù)地層或斷層傾向與地面坡向的關(guān)系及傾角與坡角相對(duì)大小，“V”字形會(huì)有不同的表現(xiàn)：第一種情況是當(dāng)?shù)貙踊驍鄬优c坡向相反時(shí)，在地形地質(zhì)圖上地層或斷層出露線與地形等高線彎曲方向相同，但地層或斷層出露線較地形等高線開闊；第二種情況是當(dāng)?shù)貙踊驍鄬优c坡向相同，但地層或斷層傾角大于坡角時(shí)，在地形地質(zhì)圖上地層或斷層出露線與地形等高線彎曲方向相反；第三種情況是當(dāng)?shù)貙踊驍鄬觾A向與坡向相同，但地層或斷層傾角小于坡角時(shí)，在地形地質(zhì)圖上地層或斷層出露線與地形等高線彎曲方向相同，但地層或斷層出露線較地形等高線緊閉。

“V”字型法則的使用前提是傾斜巖層或其他地質(zhì)界面的走向與溝谷或者山脊延伸方向呈直交或斜交關(guān)系。在讀圖和填圖過程中，需要聯(lián)系周圍的具體情況進(jìn)行全面分析，就不會(huì)被局部現(xiàn)象迷惑。

二、“V”字型法則的重要性

在進(jìn)行地形地質(zhì)圖識(shí)讀時(shí)，或在對(duì)衛(wèi)星、航空照片解譯過程中，“V”字型法則是判斷傾斜地層、斷層傾向及似層狀礦體出露位置的重要方法。“V”字型法則適用于所有比較平直的地質(zhì)界面，除了地層界面、斷層面外，還有不整合面、礦層面的露頭線的分布特征分析。這個(gè)法則有助于野外觀測構(gòu)造地質(zhì)現(xiàn)象、閱讀分析或填繪地質(zhì)圖，尤其是大、中比例尺的地質(zhì)圖。在預(yù)測地質(zhì)災(zāi)害過程中，也能起到重要的作用。在填圖或讀圖時(shí)，只有充分理解地層或斷層產(chǎn)狀與地形起伏的空間關(guān)系，并進(jìn)行全面的分析，才能正確理解或表述地質(zhì)界面的幾何形態(tài)，因此“V”字型法則是地質(zhì)類或遙感類專業(yè)學(xué)生必須掌握的基本知識(shí)，熟練掌握“V”字型法則是地學(xué)類專業(yè)學(xué)生的基本功和必然要求。學(xué)好“V”字型法則，對(duì)學(xué)生的空間想象力的培養(yǎng)將起到一定的促進(jìn)作用，也會(huì)使得學(xué)生們?cè)谒伎己吞幚韱栴}時(shí)，詳盡地列出可能出現(xiàn)的各種情況，養(yǎng)成整體的而不是局部的、聯(lián)系的而不是孤立的、動(dòng)態(tài)的而不是靜止的思維習(xí)慣。這是學(xué)好構(gòu)造地質(zhì)學(xué)的一個(gè)良好開端。

三、“V”字型法則教學(xué)過程中存在的問題

由于這部分內(nèi)容較抽象，對(duì)學(xué)生空間想象能力要求較高，很多學(xué)生不能在理解的基礎(chǔ)上記憶，更難于在具體識(shí)圖分析或地質(zhì)填圖工作實(shí)踐中靈活運(yùn)用。很多學(xué)生在學(xué)習(xí)“V”字型法則的時(shí)候，表現(xiàn)出積極性、主觀能動(dòng)性低、理解力差及缺乏空間想象力。在長期的教學(xué)過程中，教師們?cè)O(shè)計(jì)了眾多的教學(xué)方法，有借助構(gòu)造模型的，有用平面圖和立體圖相結(jié)合的，還有制作動(dòng)畫來進(jìn)行講解的，這些方法都可清楚地表達(dá)“V”字型法則的含義與應(yīng)用，但對(duì)于部分學(xué)生來說，效果還是不太理想，比如用立體圖和平面圖相結(jié)合的方法，是很多老師常用的方法，許多構(gòu)造地質(zhì)學(xué)教材里都有這三幅經(jīng)典的立體與平面結(jié)合圖（圖1—圖3）（據(jù)徐開禮等，1984，修改）。圖1（a）立體圖反映了巖層的傾向與坡向相反，圖1（b）平面圖反映了這個(gè)立體模型對(duì)應(yīng)的地形地質(zhì)圖上，巖層出路線（黑色較寬條帶表示）與地形等高線（點(diǎn)線表示）彎曲方向相同，巖層出露線相對(duì)于地形等高線較為開闊。圖2（a）立體圖反映了巖層的傾向與坡向相同，巖層的傾角大于坡角，圖2（b）平面圖反映了這個(gè)立體圖所對(duì)應(yīng)的地形地質(zhì)圖上，巖層的出露線（黑色較寬條帶表示）與地形等高線（點(diǎn)線表示）彎曲方向相反。圖3（a）立體圖反映的是巖層的傾向與坡向相同，巖層傾角比坡角小，圖3（b）平面圖反映的是在這個(gè)立體模型對(duì)應(yīng)的地形地質(zhì)圖上，巖層出露線（黑色較寬條帶表示）與地形等高線（點(diǎn)線表示）的彎曲方向相同，巖層出露線比地形等高線更緊閉。這三幅圖應(yīng)該說構(gòu)圖很精美，也完全表達(dá)出了“V”型法則的所有涵義，老師們都講了，多媒體和教材里都有，為什么有的學(xué)生還是停留在一知半解上呢？有的學(xué)生只知道死記硬背，記住了又很快忘記，或者記錯(cuò)了，還不知道檢驗(yàn)。能夠達(dá)到真正理解并能靈活運(yùn)用的學(xué)生還不是太多。原因是這三幅圖線條太多，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，對(duì)有些空間想象力較好的同學(xué)來說容易懂，但對(duì)空間想象力還沒有培養(yǎng)出來的同學(xué)，讀懂它需要時(shí)間，所以對(duì)部分初學(xué)者來說有一定的難度。而且由于圖形復(fù)雜，線條多，很難讓學(xué)生短時(shí)間內(nèi)畫出來，所以沒有辦法通過畫圖得出“V”法則所反映的規(guī)律。圖件雖然精美，但沒有用線條展現(xiàn)出從層面和地面的三維空間關(guān)系是如何轉(zhuǎn)變到地質(zhì)平面圖上巖層出露線和地形等高線的二維平面關(guān)系的，必然性和邏輯性沒有體現(xiàn)出來。如果用簡明圖示法，就能做到這一點(diǎn)。不是說這三幅經(jīng)典的立體圖和平面圖不好，而是說用簡明圖配合來講解，對(duì)于一部分不容易弄懂的同學(xué)會(huì)有很大的啟發(fā)作用。

圖1 地層傾向與坡相相反時(shí)的立體圖和平面圖

圖2 地層傾向與坡相相同、地層傾象大于坡角時(shí)的立體圖和平面圖

圖3 地層傾向與坡相相同、地層傾角小于坡角時(shí)的立體圖和平面圖

四、用簡明圖示法講授“V”字型法則效果良好

在教學(xué)中，發(fā)現(xiàn)用簡明立體示意圖和平面示意圖相結(jié)合的方法講授“V”字型法則，同學(xué)們好理解，好記憶，即使以后忘記了，自己也能通過畫一張簡單的示意圖推演出結(jié)果來。

首先用兩筆，就能畫出一個(gè)山包的立體圖（圖4（a）），再用一筆畫出地層或斷層（圖4（b）），用一根虛線畫出地層或斷層線在平面上的投影線（圖4（c）），然后在一個(gè)平面圖，用一條虛線和一條點(diǎn)線反映出立體圖中的地層或斷層界線（虛線）與地形等高線（點(diǎn)線）在平面上的關(guān)系示意圖（圖4（d）），可以看出，在這種地層或斷層的傾向與地形坡向相反的情況下，在地形地質(zhì)圖上地層或斷層界線與地形等高線彎曲方向相同，地層或斷層界線比地形等高線較開闊（圖4（d）），反之亦然，也就是說如果在地形地質(zhì)圖上地層或斷層界線的彎曲方向與地形等高線相同，地層或斷層界線比地形等高線較開闊，則說明地層或斷層的傾向與坡向相反。即傳統(tǒng)所說的“相反相同”法則。其中的“相反”是指地層或斷層傾向與坡向相反，“相同”是指在平面圖上地質(zhì)界線與地形等高線的彎曲方向相同。

用相同的方法表示地層或斷層的傾向與坡向相同，但地層或斷層的傾角大于坡角的情況（圖5（b）），用一根虛線畫出地層或斷層線在平面上的投影線（圖5（c）），在平面圖上用點(diǎn)線表示地形等高線，用虛線表示地層或斷層界線在平面圖上的投影線（圖5（d）），可以清楚看出，當(dāng)?shù)貙踊驍鄬觾A向與坡向相同，且地層或斷層傾角大于坡角時(shí)，在地形地質(zhì)圖上地層或斷層界線與地形等高線彎曲方向相反。這樣，如果地形地質(zhì)圖上看到地層或斷層界線與地形等高線彎曲方向相反時(shí)，就可以判定地形地質(zhì)圖上所反映的地層或斷層的傾向與坡向相同，且地層或斷層的傾角大于坡角。即傳統(tǒng)所說的“相同相反”法則。其中“相同”是指地層或斷層的傾向相同，“相反”是指在地形地質(zhì)圖上地層或斷層的彎曲方向與地形等高線的彎曲方向相反?！跋嗤喾础崩餂]有把地層或斷層的傾角大于坡角這個(gè)條件明確表達(dá)出來。

圖5 地層或斷層傾向與坡向相同地層或斷層傾角大于坡角時(shí)巖層界線與地形等高線的關(guān)系簡明圖

第三種情況，當(dāng)?shù)貙踊驍鄬觾A向與坡向相同，但地層或斷層傾角小于坡角時(shí)（圖6（b）），用一根虛線畫出地層或斷層線在平面上的投影線（圖6（c）），在平面圖上用點(diǎn)線表示地形等高線，用虛線表示地層或斷層界線（圖6（d）），可以從立體圖到平面圖上看出，當(dāng)?shù)貙踊驍鄬觾A向與坡向相同，且地層或斷層傾角小于坡角時(shí)，在地形地質(zhì)圖上地層或斷層界線與地形等高線的彎曲方向相同，但地層或斷層界線的比地形等高線的更緊閉。也就是說，當(dāng)我們?cè)诘匦蔚刭|(zhì)圖上看到地層或斷層界線與地形等高線彎曲方向相同時(shí)，且地層或斷層界線的彎曲度較小時(shí)，就可以判定地層或斷層的傾向與坡向相同，且地層或斷層的傾角小于坡角（圖6（d）），即傳統(tǒng)所說的“相同相同”法則。前一個(gè)“相同”是指地層或斷層傾向與坡向相同，后一個(gè)“相同”是指在地形地質(zhì)圖上地層或斷層出露線與地形等高線的彎曲方向相同。“相同相同”中沒有把地層或斷層的傾角小于坡角這個(gè)條件明確表達(dá)出來。

圖6 地層或斷層傾向與坡向相同地層或斷層傾角小于坡角時(shí)巖層界線與地形等高線的關(guān)系簡明圖

關(guān)于“V”字形法則的口訣，傳統(tǒng)老的口訣是“相反相同”“相同相反”“相同相同”，分別反映“V”字法則的三種情況，含混很不明確，應(yīng)該根據(jù)各自的習(xí)慣改一改，比如“相反相同闊”說的是當(dāng)巖層傾向與坡向相反時(shí)，巖層出露線與等高線彎曲方向相同，巖層出露線更開闊；“相同相反大”說的是當(dāng)巖層傾向與坡向相同，巖層傾角大于坡角時(shí)，巖層出露線與等高線彎曲方向相反?！跋嗤嗤《o”說的是當(dāng)巖層傾向與坡向相同，巖層傾角小于坡角時(shí)，巖層出露線與等高線彎曲方向相同，巖層出露線比地形等高線更緊閉。這樣的口訣就很明確，不容易混淆。當(dāng)然如果能熟練勾畫簡明圖，不用背口訣也能很好的掌握，牢固記憶。

簡明圖示法的最大特點(diǎn)是用簡單明了的線條清晰明確地展現(xiàn)出從立體圖到平面圖是怎么通過投影得到的，可見可知可信，大道至簡，易學(xué)好懂，易記好用。

五、應(yīng)用實(shí)例

（一）根據(jù)地層界線與地形等高線的關(guān)系判斷地層的產(chǎn)狀

下面我們舉三個(gè)例子來試用一下“V”字型法則，如圖7（a），地形等高線的值由大到小代表地面坡向由北指向南，圖上地層界線與地形等高線的彎曲方向相同，且地層界線的彎曲比地形等高線的開闊，與圖4 所示的情況相同，符合“相反相同闊”法則，地層傾向與坡向相反，也就是說能判斷出地層的傾向指向北。

圖4 地層或斷層傾向與坡向相反時(shí)地層或斷層界線與地形等高線的關(guān)系簡明圖

如圖7（b）所示，地面的坡向是由北指向南的，地層界線與地形等高線的彎曲方向相同，但地層界線的彎曲比地形等高線的較緊閉，與圖6 所示的情況相同，符合“相同相同小而緊”法則，地層傾向與坡向相同，地層傾角比坡角較小，也就是說我們可以判斷圖4（b）中地層的傾向指向南，而且我們還能判定地層的傾角比坡角小。

如圖7（c），雖然沒有標(biāo)出地形等高線的值，但是也能從水系由北向南交匯的分布狀況判斷出坡向是由北指向南的。地層界線的彎曲方向與地形等高線的彎曲方向相反，符合圖5 所示的情況，地層的傾向與坡向相同，但地層的傾角比坡角大，符合“相同相反大”法則，也就是說能判定地層的傾向是由北指向南的，而且還可以判定地層的傾角比坡角大。

圖7 地形地質(zhì)圖上傾斜地層分布區(qū)地質(zhì)界線與地形等高線的3 種關(guān)系

（二）在找礦中的應(yīng)用

如在陜西安康的某礦區(qū)，發(fā)現(xiàn)了3 個(gè)礦化點(diǎn)，通過探槽揭示出這3 個(gè)礦點(diǎn)的含礦性、蝕變特征及礦層的圍巖極其相似，因此認(rèn)為3 個(gè)礦點(diǎn)是同一個(gè)礦層。這3 個(gè)礦點(diǎn)之間的距離都在500 m 以上，而礦點(diǎn)之間都被厚厚的坡積物覆蓋，根據(jù)化探的結(jié)果和通過目測的部署都沒有見到礦層，以為礦化帶規(guī)模小，可能是小的透鏡體。

在第二年的探礦工作中，仍然沒有放棄是大礦層的期望，于是想到應(yīng)用“V”字型法則預(yù)測礦層所在的位置。具體的辦法是，精確測量3 個(gè)見礦點(diǎn)礦層的產(chǎn)狀，結(jié)合礦層圍巖的產(chǎn)狀求出一個(gè)平均產(chǎn)狀，分別以其中的一個(gè)礦化點(diǎn)依據(jù)“V”字型法作圖，如果三條投影線重合，則重合線為礦層在地表的出露線，如果三條投影線因誤差不重合，則礦層也應(yīng)該在三條投影線所夾持的范圍內(nèi)。通過這種方法，布置了6 條探槽進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果都見到了礦層，獲得了很大的成功，將原以為三個(gè)小透鏡狀礦體變成了走向延伸長度1 500 m 的較大的層狀礦體，最大工程間距達(dá)到了320 m，落實(shí)的黃金資源量3 t，實(shí)現(xiàn)了找礦的突破。

（三）在地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測中的應(yīng)用

在預(yù)測某一地區(qū)的可能發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害時(shí)，也需要用到“V”字型法則來判斷地層或斷層的產(chǎn)狀。比如在中印邊界地區(qū)，在安置軍隊(duì)營地之前，就要對(duì)山體的穩(wěn)定性進(jìn)行研究。在山區(qū)滑坡和泥石流是常見的地質(zhì)災(zāi)害，如果有高清晰航空照片或衛(wèi)星照片，甚至不需要到野外考察就能直接判斷哪個(gè)地方更有可能發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害。如果判斷出地層或斷層的傾向與坡向相反時(shí)，不會(huì)沿地層中的軟弱層或斷層滑動(dòng)而引起滑坡，山體比較穩(wěn)定，這種情況下相對(duì)不容易發(fā)生滑坡和泥石流等自然災(zāi)害（圖8（a））；如果判斷出地層或斷層的傾向與坡向相同時(shí)（圖8（b））；特別是地層或斷層傾角小于坡角時(shí)（圖8（c）），山體較不穩(wěn)定，容易發(fā)生滑坡和泥石流這樣的地質(zhì)災(zāi)害。進(jìn)行這樣的研究便于規(guī)避安全風(fēng)險(xiǎn)。

圖8 地層或斷層產(chǎn)狀與山體的穩(wěn)定性示意圖

經(jīng)過多次訓(xùn)練或使用，我們足夠熟練了，或者具備較強(qiáng)的空間想象能力了，可以不需要畫示意圖，直接通過自己的空間想象，也能夠得出正確的結(jié)論，作出自己合乎實(shí)際的判斷了。

六、結(jié)束語

簡明圖示法用簡單的圖案就能明確清楚地表達(dá)地層或斷層與地形在空間和平面圖上的關(guān)系，而且還有“推導(dǎo)”功能，使學(xué)生易懂易用，不單對(duì)初學(xué)者有用，對(duì)有些科研工作者也可能有所幫助，比如時(shí)間長了忘記了，只要我們?cè)?jīng)會(huì)畫這種簡明圖件，無需查閱相關(guān)書籍，也能夠通過簡單的幾筆勾繪描畫出它們從空間到平面上的關(guān)系，既使是在野外的地上，用樹技畫上幾筆，也能展現(xiàn)出地質(zhì)界線與地形的空間和平面關(guān)系來，不需要打開電腦，在簡陋的條件下也可以完成，可以說一旦學(xué)會(huì)，終生難忘。因此通過這種簡明圖示法，學(xué)生很容易學(xué)會(huì)并且掌握“V”字型法則，并且能增強(qiáng)學(xué)生的空間想象力，因此即使是在現(xiàn)今技術(shù)手段如此眾多的情況下，這種簡明圖示法仍然值得大力推薦。