构造地质学课程教学的几点体会

孔华+唐宇蔷+许明珠+赵佳进

摘 要：简要介绍了构造地质学课程相关知识节点的教学体会，认为该课程的教学特点有别于其他学科，野外是构造地质研究的天然实验室，野外构造几何学的调查分析是构造地质研究的基础，需要结合构造年代学及大地构造背景探讨构造运动学及动力学特征。

关键词：构造地质学;流变;断层识别;层间劈理;液压致裂

构造地质学是地质类专业的必修课程。构造地质学是与物理力学密切关联的学科，构造地质学特别强调尺度的概念，大尺度可以粗线条，如大地构造的分区，小尺度就是需要细致的观察，本科教学主要侧重于中小尺度的构造类型。构造现象是地质体受力变形的结果，由于物体的受力状态差异，所以形成不同的构造类型，这些构造现象可以千姿百态，变化万千，但都可以归纳到教材中所讲的几类。如原生构造类的沉积构造和岩浆岩体的原生构造，次生构造则是构造地质学课程教材中重点讲解的内容，如褶皱、节理及断层，这其中褶皱以其几何形态而易于理解和接受，而断层则不那么容易领会和判别。通过几年的教学实践，体会有以下几点。

一、教学总体思路

1.基本概念讲解

首先要讲解基本的概念术语，让学生知道哪些是属于构造现象，这些现象基本的几何学特征是什么，以及它们的基本分类。常常我们在硕士生招生面试时候问及各种构造的分类问题，回答效果差强人意，显示学生对这些构造类型的理解尚不够深入，可能课堂上没有直观感性认识。个人认为专业名词概念仍然是最基本的，这是学习的基本规律，要求先记忆，再理解，这是目前普遍的模式。

2.强调实践教学

其次构造教学过程中必须要强调实践，耳听为虚，眼见为实。举个例子，对于雁列节理的排列方式（如左行右列，右行左列，右行右列，左行左列），学生不好接受，在野外现场针对雁列脉的讲解则能起到事半功倍的效用，因为可以现场比划判断。在带实习的过程中，了解到学生对构造现象其实是很感兴趣的，有些构造现象可以说是非常生动的图画，比如说褶皱岩层在人们印象中是冰冷的，强硬的，可是竟然形成各种弯曲的形态，是什么力量如此强大？比如华山千尺幢的垂直节理是如何形成的？在这些鬼斧神工的构造变形现象背后可以想象当初岩石受到了多么强大的应力作用，当然这些永久性的变形构造的形成非一日之功，尤其褶皱，是长期缓慢变形的结果，这也是流变的表现。

二、教学内容侧重点

1.关于断裂构造的教学

节理和断层都属于断裂裂隙（fracture）。开裂面的性质可以帮助判断是张节理还是剪节理。断层往往具有多个（组）破裂面，所以断层要比节理复杂的多，主要在于其破裂后的复杂变形史，由于沿断层面的旋转运动，所以断层的效应要复杂得多，断层的二元结构是对岩石在不同构造层次变形的直观反映。在野外构造地质研究中我们观察断层效应首先是从地质图上发现和了解的，大型断层对成岩成矿的控制是十分明显的，野外所见断层带产状凌乱及逢沟必断的谚语也比较直观地反映了对断层活动特点的认识。对于断层的野外观察，在带学生野外实习过程中，首先是要学生从杂乱的产状归纳出主要的延伸方向即断层的走向，而要做到这一点，必须找到断层的边界，因为造成岩石断裂的能量毕竟是有限的，断裂不可能无限扩展，在横向（宽度）和延长（走向）都有终点。由于断裂活动依赖的是能量的释放，能量大则扩展顺利，宽度长度都大，能量大是可以产生很多分支，末端能量衰减，则会产生收缩复合现象。断裂的多次活动则会产生复合脉或者使断层岩的形态发生明显变化，尤其是粒度的变化明显，无论是脆性断层或韧性断层，断层岩的细粒化是主要的，当然在韧性断层后期会有变质重结晶，即先细化后生长如构造片岩（构造片麻岩）等。

2.关于劈理、线理的教学

劈理是一组密集的平行面，有时候在野外我们对于断层劈理常用片理面来描述，破劈理常与剪节理分不清，在野外有些断层是由节理密集带发展而来，这样的节理常有破劈理的特点，断层的表现也常常以片理化带的形式出现，这种平行的裂隙面显然是断层面剪切滑动的结果，或者表现为挤压片理化带。断裂劈理与主断层面有夹角，反映断层运动中的旋转特征，锐角指示对盘运动方向，片理化带往往代表了断层带的总体产状。在褶皱发育地区也常见到层间劈理，可以帮助判断地层的层序及转折端位置。这些理论知识在课本上是平面的，在野外却是鲜活的、立体的。比如我们根据擦痕和阶步来判断断层的性质，在课堂上讲解学生往往理解不透，在野外却能针对具体擦痕现象讲解得比较清楚，比如会涉及线状构造的产状，擦痕通常是侧伏的，现场测量侧伏角、侧伏向，并就此判断断层的运动性质，是左行右行还是正逆断层，都能一清二楚，只要讲解一遍，学生就可以有深刻印象。擦痕上常有一些低温的滑抹晶体，也是一种线理构造，所以这种构造形象从形态到成因都可以系统地了解，野外真正是构造地质研究的天然实验室。对于线理构造的理解，线理产出往往与褶皱有关，大型B线理平行于褶皱枢纽方向如窗棂构造和石香肠构造，虽然受力方式不一致，但线理延伸方向均平行于运动学的B轴方向。杆状构造的石英棒往往是变质分异的结果，含硅质的岩石在浅变质过程中变质分异造成硅质组分的相对集中运移，且沿着应变椭球体的B轴方向延长，其实这是构造化学作用的结果或者是压溶作用的结果，力学作用积累的物理能转变成化学势能从而驱动物质的溶解迁移和沉淀，也可以称之为动力分异结晶作用。

3.关于流变学内容的教学

岩石流变学现在已成构造地质学的前沿，如何理解和研究流变学，这是教学的难题。褶皱、劈理都是塑性流变的结果，流劈理讲的是物质组成的重新排列，是在强烈变形（应变）下的结果，流动变形特别强调微观的塑性变形机制，这是显微构造地质学研究的内容。岩石的力学性质随着深度的变化而变化，这是不同层次岩石变形差异的根本原因。总体上强调岩石在浅部层次是脆性的，深部会发生韧性变形即塑性变形，我们在地表看到大量的节理或者断裂变形是岩石抬升出露到浅部地表发生的变形，一般是比较晚期的变形，像褶皱这样显示强烈塑形变形的构造形迹，其形成时期一般处于一定的深度，是岩石韧性条件下的变形产物，可以说褶皱的形成过程可以观察，断裂却是瞬间裂开的，不过二者都是长期受力的反映，都是应变集中释放的结果。断层片理化带代表了强应变带，反映断层性质有韧性特征，如果S-C面理发育就可以称之为韧性断层（剪切带），其实褶皱也有接触应变带，应变带的宽度主要受强硬层的主导，强硬层的势力范围就是应变带的宽度，所以无论断裂构造或褶皱构造都是一种力学变形效应，是有边界的，再越过边界就进入正常的未变形的岩石。当然造山带褶皱变形很强烈，会使得卷入的地层都发生强烈的变形。破裂变形尤其节理都是脆性变形，褶皱是流动弯曲变形，韧性断层也是流动变形，是一种黏滞变形，所以褶皱的描述中有黏度的概念，是一种整体的塑形变形。只要不强行拉断，会黏结在一起，这就是物体的黏性或延展性（韧性），物体弯曲而不断裂说明韧性好（黏性好）。endprint

三、科研实践中对成矿构造的理解

构造现象野外观察的重要性还反映在对实际地质问题的研究上。在成矿构造的研究中，常会提到导矿构造，通常指的是大断裂，因为成矿物质或流体是来源于深部的，虽然地球化学同位素研究显示可能有大气降水的参与，但流体主体还是深部来源的，因为地球内部的水是巨量的，现在很多研究甚至认为地幔流体参与了成矿，深部存在巨大的流体库是不争的事实，地球化学块体中的成矿元素长期受到这些流体的淋溶，所以有用元素的浓度增加，形成了成矿流体，既然是流体就会流动，各类构造裂隙就为流体的流动提供了空间，这就是导矿构造，从矿床学的角度来说源、运、储是成矿作用的三个节点，容矿构造提供了矿质沉淀的空间场所，也就是我们看到的矿床位置。有时候我们会犯“骑驴找驴”的错误，知道矿床在哪里，矿体在哪里，却不知道控矿构造在哪里，显然对容矿构造的理解还只是停留于表面。实际上从我们的实践来看构造形迹如何找寻，只要看矿床的空间位置，这也就是矿床大地构造或矿床（矿田）构造研究的灵魂所在。我们看到的矿床实际都处在构造的节点上，尤其是几组断裂的交汇处，如同打疫苗画十字一样，这样的（成矿）效果最好，各个方向的流体都可以汇集到这个节点上。从而有利于成矿。再比如板块构造对成矿的控制，环太平洋的斑岩铜金成矿带，显示汇聚背景下地壳重熔形成的酸性岩浆对成矿的制约作用，大的构造背景制约了成矿类型。中小尺度的断层及褶皱节理层间裂隙往往是直接控制矿体的构造，特别是岩性的分层界面，如硅-钙面是化学分界面，是酸碱界面，流体中矿质的溶解度受到酸碱度（pH值）的影响较大，溶解度大呈流体溶解态，溶解度小呈沉淀态。岩性分界面也是力学界面，易于形成裂隙空间，力学和化学双重界面性质决定了沉淀场所。所以成矿构造的研究必须结合矿体的特征来分析，尤其是矿体的三维形态表现，往往有反映矿床成因的奇效。比如我们最近在湘西花垣整装勘查区的研究，研究区的含矿地层为下寒武统的清虚洞组的礁灰岩，地层产状平缓得量不到产状，所以该区古生代以来的构造运动主要是垂直升降运动，水平挤压变形显然十分微弱。该矿床长期以来认为是层控型矿床，我们通过野外调查发现矿体产状有似层状及脉状矿体两种类型，似层状矿体的富矿体呈现团包状或透镜状，且通常旁侧都有陡倾脉状矿化伴随。脉状矿体有流体液压致裂的现象，角砾岩的胶结物有方解石型，白云石型及重晶石型，显示有不同成分的流体从深部上升。因此我们提出后生热液成矿的新观点，并指出陡倾脉是深部流体的运移通道，是对矿床成因的新解释，我们提出的关键成矿因素就是礁灰岩加断裂构造二者复合地段是有利的成矿部位，这对于指导深边部找矿预测具有重要的意义。

要讲好构造地质学课程十分不易，主要是构造过于抽象，不像岩石矿物在室内就可以很好地研究，课本上的图解都是平面的，实际地质体的构造是三维立体的。如何从抽象到具象，唯一的途径是野外调查，这是构造学科不同于矿物学岩石学矿床学的根本原因。由于野外调查的艰苦性，尤其是构造研究描述性的表述居多，往往不能发表高水平论文，所以近些年来构造学科的人才流失严重，地质专业的学生多数不愿意从事构造方向的研究。构造问题就像是疑难杂症，同一构造现象常有不同的争论，比如断层性质的判断，多期活动常造成正、逆性质的转换，所以单纯说是正断层或是逆断层是过于简单的。构造地质学知识的学习非一日之功，特别是理解和运用构造地质学知识去解决实际的工程问题和找矿实践需要长期的积累和思考。常常在野外看到的现象是孤立的，必须要放到一个背景中去思考，也就是情境中去思考，这样才能不犯以偏概全或者盲人摸象的错误。常常我们提出一个理论模型，是需要寻找一系列证据做支撑的，并且反复修正理论模型。构造地质的学习需要踏实的态度，现在地学界对地球化学的研究推崇比较流行，所以在平行学科中地球化学类的学科发展很快，而传统的构造学和岩石学发展则大大滞后，这是需要扭转的。万天丰发文感慨现在构造地质学到底怎么啦;在2012年武汉召开的全国第四届构造地质会议上，许多构造地质界的前辈也大声疾呼要重视传统的构造几何学的研究。可以说没有野外调查的构造研究是无本之木，野外调查是基础，室内结合构造年代学确定不同期构造活动的时代，建立构造时空演化史，野外和室内二者有机结合才能相得益彰，产生放大效应。

参考文献：

[1] 金振民，姚玉鹏. 超越板块构造——我国构造地质学要做些什么[J]. 地球科学，2004，29（6）：644-650.

[2] 万天丰. 怎么了，构造地质学[J]. 自然杂志，2008，30（4）：216-222.

[3] 潘桂棠. 地质科学方法论的思考——以构造地质学为例[J]. 地质通报，2008，27（9）：1451-1458.

[责任编辑：余大品]endprint