模式化露头地质剖面实践教学

2017-01-23邵龙义杨敏芳

中国地质教育 2016年4期

关键词：剖面图岩性化石

鲁静，邵龙义，杨敏芳

1.中国矿业大学（北京）地球科学与测绘工程学院，北京 100083；2.中国石油勘探开发研究院廊坊分院，河北廊坊 065007

实践教学

模式化露头地质剖面实践教学

鲁静1，邵龙义1，杨敏芳2

1.中国矿业大学（北京）地球科学与测绘工程学院，北京 100083；2.中国石油勘探开发研究院廊坊分院，河北廊坊 065007

露头地质剖面赋存着丰富的地质现象，是地质实践教学的重要载体之一。规范、全面和准确的地质现象观察、描述和记录是地质分析的基础，也是综合型和创新型地质人才培养的前提。为了提高野外实践教学效率和效果，本文以秦皇岛柳江盆地张岩子－东部落剖面为例进行了露头地质剖面教学方法分析与探讨，并结合野外教学实践和前人研究成果，归纳总结出了模式化露头地质剖面实践教学方法。

露头剖面；实践教学；模式化

geological outcrop; practice teaching; patternizing

实践型和创新型人才已成为当前我国地质类人才培养的发展趋势[1-3]，野外地质实习是地质类本科专业人才培养的一个实践教学环节，是实践型和创新型地质人才培养的重要途径之一。其目的是在教师指导下，通过对野外地质现象的识别、观察、描述、记录与分析，加深学生对基本地质知识和理论的理解，掌握野外地质工作的基本方法和技能，培养学生地质分析能力和地质综合素质，为实践型和创新型地质人才培养奠定基础。

露头地质剖面赋存着丰富的地质现象，是地质实践教学的重要载体。对地质现象规范、全面和准确的观察、描述和记录是对地质现象分析的基础，也是综合型和创新型地质人才培养的前提。面对赋存着丰富地质遗迹的露头剖面，许多学生感觉对地质现象的观察、描述与记录无从下手[4]。要么观察、描述与记录程序不对，要么对地质现象描述不完整、准确度差，遗漏重要细节。这些都需要我们指导老师做好野外实践教学的顶层设计，对露头地质剖面地质现象的观察、描述与记录方法和步骤进行详细说明和示范，帮助学生快速掌握野外地质基本工作方法。与此同时，在当前国内地质实践教学时间和经费普遍压缩背景下，如何提高实践教学效率和效果也成为当前地质实践教学改革的重要课题之一。

秦皇岛柳江盆地属华北型地层，先后经历过五台、吕梁等7期构造运动[5-6]，盆地内地质遗迹丰富，是我国北方重要的地质实习基地之一。张岩子－东部落剖面是柳江盆地重要露头剖面之一，出露太古界绥中花岗片麻岩(γ12)、青白口系长龙山组(Qbc)和景儿峪组(Qbj)、燕山期闪长玢岩岩体(δ μ52-1a)、早寒武世府君山组（∈1f）下部和馒头组（∈1m）、毛庄组（∈1m）等地层[5-6]。论文以该剖面为例，对露头地质剖面实践教学进行分析与探讨，以期能够进一步促进地质类人才培养野外实践教学效率和效果。

一、露头教学地质剖面选择

野外基岩露头包括自然露头和人工露头，前者是在外力剥蚀作用下，天然出露于地表的基岩。多出现在河道两侧、峡谷和悬崖处、山脊和山坡等地方。在地形图上，等高线密度突变的地方往往是基岩露头的理想部位。后者是人为活动形成的基岩露头，如铁路、公路的路堑、采石场、水库、运河等开挖的剖面等。实践教学过程中，要注意判别露头的真伪。有些半埋于地下的岩石（滚石）、一些第四系经钙质或硅质弱胶结的砾石层很容易被误认为基岩露头。相反，一些出露窄小或不明显的基岩，以及一些泥质岩露头，又容易被误认为是松散堆积物。判别地表出露岩石是否为基岩要综合出露岩石岩性、产状等因素综合分析。野外教学中应选择基岩出露好、交通便利的剖面进行教学。

二、露头剖面实践教学程序和模式

笔者在露头教学地质剖面选择基础上，结合野外教学实践和前人研究成果[5-7]，归纳总结了模式化露头地质剖面教学方法，该方法将露头剖面教学划分为地质点识别与编号、地质点描述、信手剖面图绘制、标本采集、剖面总结和室内资料整理6个环节及其对应的教学内容（图1），其中信手剖面图绘制为实践教学主线，地质点描述（包括素描图绘制和照相）为核心。现对各环节教学内容和要求分述如下。

图1 模式化露头地质剖面实践教学

1.地质点识别与编号

地质点识别是露头地质剖面教学重要内容之一，根据属性可以将露头剖面地质点划分为地质界线点、岩性点、化石点、构造点等。各类地质点识别依据和编号原则如下。

地质界线点包括地层界线点和岩浆岩体界线点，地层界线点主要根据地层颜色、岩石和化石组合类型差异等来识别，如长龙山组岩性组合为灰白色、紫红色石英砂岩与紫红色泥质岩互层，上覆景儿峪组岩性组合为中厚层状石英砂岩、紫色页岩与灰白色薄层石灰岩互层。岩浆岩体界线点主要依据岩性来识别。

岩性点指的是一个地层单元（如系、组、段等）内代表性的岩石类型。当岩石岩性不同时可以确定为不同岩性点，当岩石岩性相同，岩石颜色、结构、构造、所含化石种类等不同时，也可以确定为不同岩性点。如砂岩与泥岩、灰色泥岩与紫红色泥岩、中砂岩与细砂岩、交错层理砂岩与块状层理砂岩、含介壳化石泥岩与不含介壳化石泥岩等。化石包括实体化石、印模化石和遗迹化石等，其识别主要依据其特有的形貌、结构、构造等特征。因为化石都赋存在岩性点内，所以化石点一般作为岩性点的次一级地质点。

构造点识别依据主要包括标志性的地貌特征（如断层崖、断层三角面、沟谷等），地层的重复与缺失、地层产状变化、特征构造标志（如断层破碎带、断层角砾岩、断层透镜体、滑面与阶步、岩浆岩侵入体、牵引褶皱等）。构造点内也可能包括岩性点，如断层带内出现的断层角砾岩、岩浆岩侵入体（如灰绿岩墙等）。此外，岩性点内还可能包括构造点，如一些小型节理、褶皱等。此时这些构造点也作为该岩性点的次一级地质点来编号和描述。

对于识别出来的一级地质点，按剖面观察顺序依次编号，如第一个地质点编号为D1，第二个编号为D2等。对于岩性点内次一级的化石点、构造点，或者构造点内次一级的岩性点等，其编号要隶属于该岩性点或构造点。如府君山组豹皮灰岩岩性点编号为D14，则赋存在该岩性内的化石点可以编号为D14-1，发育在该岩石内、被方解石脉充填的节理可以编号为D14-2。如果该岩性点内还有其他地质点，则依次编号为D14-3、D14-4等。再如东部落断层点编号为D17，则断层西侧断层角砾岩编号为D17-1（图2）等。

2.地质点描述与记录

地质点描述是露头剖面实践教学的核心内容，其基本要求为观察、描述与记录程序规范，内容完整、准确，素描图或剖面图清晰、美观，图文并茂。地质点描述与记录程序一般为点编号、点位、点性、点述等4部分[5-7]。

图2 张岩子－东部落青白口系－寒武系信手剖面图

当对地质点仅用文字难以描述清楚时，需要通过素描图或照相来对地质点补充说明。素描图是从地质观点出发，运用透视原理和绘画技巧、用简单明了的线条对地质现象或地质作用进行的勾绘、刻画、凝练与概括，素描图具有形象、直观、易懂等特点。照相是利用相机拍摄远方地质景观和近景自然露头，也是常用的野外记录形式。照相直观、真实，是地质素描不能代替的。拍摄时，地质内容主题要突出，放置比例尺，还要确定好光线强弱、取景距离和角度。相片也需要统一编号，编号方法与地质标本编号方法相同。以张岩子－东部落青白口系－寒武系信手为例（图2）。

（1）地质界线点描述。

包括地层界线和较大规模的岩体界线，描述内容包括地质界线处地貌特征，界线上下岩层产状、岩性、化石组合等特征，地层接触关系（如沉积整合接触、沉积不整合接触，侵入接触、断层接触等）等内容。对典型的地质界线需进行素描图或剖面图绘制。如长龙山组与绥中花岗片麻岩地层界线点描述实例如下：

点编号：D2。

点位：张岩子村西陡崖下。

点性：地层界线点。

点述：在地貌上，长龙山组石英砂岩节理发育、断面直立、呈陡崖状，绥中花岗片麻岩断面较平缓，植被较发育。界线以下为巨大花岗片麻岩岩体，块状构造。靠近界面肉红色花岗片麻岩经历了风化剥蚀作用，形成灰白色土状风化壳，钾长石风化后形成灰白色粉末状高岭石，斜长石和角闪石等风化后成为暗绿色绿泥石、绿帘石等。界面以上为长龙山组中厚层状石英砂岩，发育平行层理、交错层理等沉积构造，石英砂岩底部发育底砾岩，砾石成分以硅质岩屑为主，包含少量下伏片麻岩岩屑。在长龙山组底部没有发现由于岩浆侵入烘烤而发生的重结晶变质作用，在地层界线附近也没有发现断层证据，说明两者不是侵入和断层接触关系，而是沉积接触（角度不整合）关系。绥中花岗片麻岩形成于晚太古－早元古代，而长龙山组形成于晚元古代，两者接触关系见素描图（略）。

(2)岩性点描述。

岩性点类型包括岩浆岩、沉积岩和变质岩3种类型，岩性点描述应先近距离观察岩性特征，再远距离观察岩（层）体产出特征，最后是成因（沉积环境）解释。岩层（体）岩性特征描述包括岩石颜色、结构、构造、物质组成、岩石定名等方面。

岩浆岩产出特征主要指岩浆岩产状，如深成侵入的岩基、岩株、岩盆，浅成侵入的岩墙、岩床、沿脉以及喷出的岩被、岩钟等；沉积岩岩层产出特包括岩层产状（走向、倾向和倾角），岩层厚度（单层厚度大于2m为巨厚层、2－0.5m为厚层、0.5－0.1m中厚层、小于0.1m为薄层），岩层形态（单岩层厚度稳定的厚层状或条带状、厚度不稳定的透镜状等）、岩层顶底接触关系（渐变、突变、冲刷、侵蚀等）、岩层垂向粒度变化等。变质岩产出特征与其原岩产出特征类似。

岩浆岩成因解释包括岩体形成环境（深成岩基、浅成岩墙等）、岩体酸碱性（超基性、基性等）、结合区域地质资料或前人研究成果说明岩体形成的构造期次（地质时间）等方面内容。对于沉积岩，通过对岩层岩性，沉积构造，生物化石，岩层形态、厚度、接触关系及粒度变化等方面描述分析，结合区域地质资料和前人研究确定岩层时代归属及沉积环境。变质岩成因与环境解释包括变质作用方式、变质作用类型、变质作用时间及其对原岩分析等方面。太古界绥中花岗片麻岩和寒武系府君山组豹皮灰岩岩性点描述实例如下：

点编号：D1。

点位：张岩子村西陡崖下。

点性：岩性点。

点述：风化面为灰、灰黄色至褐黄色，新鲜面肉红色。全晶质、显晶质、中粗粒、等粒变晶结构，块状－片麻状构造。主要矿物为钾长石（肉红色、玻璃光泽、半自形粒状－柱状、完全解理、粒径1～4mm、含量约35%）、斜长石（灰白色、玻璃光泽、自形板状、完全解理、粒径2mm左右、含量约15%）和石英（无色或乳白色、断口油脂光泽、他形粒状、无解理、粒径2～4mm，含量约30%），次要矿物为角闪石（黑绿色、玻璃光泽、自形长柱状、完全解理、粒径3～5mm、含量5%～10%，多蚀变为绿泥石而呈暗绿色）和黑云母（黑色、珍珠光泽、自形片状、极完全解理，粒径3～5mm，含量5%～10%）。岩体为酸性深成侵入花岗岩，呈岩基产出，岩石定名：花岗片麻岩。结合文献该岩体形成时间约为25亿年前（五台运动主幕）①河北省地质矿产局.中华人民共和国1∶5万区域地质调查报告（山海关幅、前所幅）.1987.，后经变质作用，花岗岩中以粒状、柱状为主矿物发生定向排列形成花岗片麻岩。

点编号：D14。

点位：东部落村东200m采石场。

点性：岩性点。

点述：暗灰色厚层-巨厚层状豹皮灰岩，豹斑状结构，块状构造。豹斑新鲜面呈深灰色，风化后呈褐灰色－土灰色、粉晶结构，成分以白云石和方解石为主。豹斑抗风化能力较强，相对基质突出1～3mm，具有较圆滑的边缘。剖面上豹斑宽1～10cm，长3～20cm，呈云朵状、片状、不规则长条状等，含量40%～55%。滴加盐酸后弱起泡并在表面残留污泥。基质呈青灰色，微晶结构，成分主要为方解石，滴加盐酸后剧烈起泡。含三叶虫化石－莱得利基虫未定种（见点D14-1）。岩层产状：256°∠20°。结合区域地质资料，该岩层沉积于早寒武世浅海碳酸盐台地环境，豹斑状结构与差异白云石化密切相关[8]。

（3）化石点描述。

化石描述主要包括形态特征、种属鉴定和地质应用3方面。形态特征要从化石大小、形貌、组成部分等方面对化石形态进行详细描述（对化石形貌进行素描），在此基础上对化石种属进行分析、识别，并将化石的特征应用到岩层沉积时代、沉积环境等方面。府君山组莱得利基虫化石描述实例如下：

点编号：D14-1。

点位：东部落村东200m采石场。

点性：化石点。

点述：头鞍呈锥形，头鞍沟显著后斜；中部连接或不连接，内边缘极窄。眼叶极大、弯曲作半圆形，活动颊具有较强的颊刺；胸部11～17节，具肋刺；尾颊小，一节或两节。该化石属节肢动物门三叶虫纲莱德利基虫目，该化石沉积在浅海碳酸盐台地环境。

（4）构造点描述。

构造点类型包括断层、褶曲、节理等。主要描述内容包括构造存在证据、构造要素描述和构造成因分析等3部分，并绘制相应的构造剖面图或素描图。构造存在证据包括地层的重复与缺失，地层产状异常，构造破碎带（断层角砾岩、构造透镜体等），断层面擦痕与阶步，岩体侵入，岩层、岩脉或矿层沿走向被错断，地貌特征（如断层崖、断层三角面等），矿化或泉水出露等。构造要素主要为表征该构造的一些参数，如断层的走向、断层面产状（倾向、倾角）、断距等、断层性质。构造成因分析主要根据该构造特征，结合区域构造演化史，对该构造形成时间及其反映的区域构造应力场等进行分析。东部落断层构造点描述实例如下：

点编号：D18。

点位：东部落村西200m山前。

点性：构造点。

点述：该构造以西为基岩出露良好的山地，以东为第四系冲积平原，在地貌上形成明显的断层崖；受该构造控制，东部落河沿断层崖自北向南流淌，并在断层崖上形成一系列向东倾、走向近南北的断层三角面；该构造以西出露地层为馒头组和毛庄组，靠近地表存在断层破碎带（断层角砾岩，其特征见D18-1和图3），岩体结构破碎、岩层产状杂乱。该构造走向北偏西约20°，断层面倾向东，倾角大于50°，断距估计大于200m，为一高角度正断层（图2）。

点编号：D18-1。

图3 东部落断层剖面示意图

点位：同D18。

点性：岩性点（东部落断层角砾岩）。

点述：主要出露在东部落断层下盘靠近地表处，并沿断层走向断续分布。杂色，碎屑结构，碎屑分选、磨圆性差，呈棱角状、粒径2～15cm，碎屑成分主要为馒头组和毛庄组紫红色、砖红色泥质岩碎屑和灰白色粉砂岩碎屑，其含量大于85%。杂基以粘土为主，钙质或泥质基底式－孔隙式胶结。

3.信手剖面图绘制

野外地质工作往往需要绘制信手（示意）剖面图。信手剖面图具有直观性和成图快的特点，它能用简练的线条和符号，辅以少量文字标注，将露头剖面地表形态、地层及其接触关系、岩层产状和岩石类型、化石、构造等清晰表现出来，使人一目了然，他可以减少繁琐的文字描述、便于记录、分析和对比（图2）。信手剖面图多绘制在野外记录本的方格纸上。绘制内容抓住重点，突出表现地质内容。主要内容包括以下方面：

（1）确定信手剖面起止点和方向。信手剖面图起点和终点应标定在野外地形底图上，起点和终点连线（剖面图方向）应尽量与主要地层走向垂直，剖面图起点高程可以在地形图上读出。

（2）确定绘图比例尺。包括垂向和横向比例尺，两者可以一致，也可以不一致。横向比例尺要根据剖面长度来确定，原则是尽量将完整剖面显示在记录本的同一页上，如因各种原因不能满足时，也要尽量减少页数，达到完整和系统的效果。垂向比例尺尽量能够清晰反映出地形的起伏变化。

（3）地形线的绘制。信手剖面图地形线只需要定性表达出剖面路线相对起伏情况。一般情况下，首先在地形图上读出剖面起始点高程，以此为基准线，目估水平距离和地形转折点的相对高差，判读山坡坡度，根据目测斜距和坡度角直接勾绘地形线。

（4）地质界线识别与绘制。根据野外对露头和岩性的观察，将所要表现的主要地质内容填绘在地形剖面线上。填绘地质内容的关键是将地层和岩层的分界线、构造线、不整合线等，按其产状填绘在剖面图的相应部位，然后将各种岩性和构造用规定的花纹符号表达出来。

（5）地层单元内代表性岩性分层与符号充填。然后将各种岩性和构造用规定的花纹符号表示出来。

（6）最后在剖面图上标注图名、剖面位置、主要地物标志、剖面图方向、岩层产状要素、矿产和化石部位等。

4.地质标本采集

在野外由于时间和条件所限，除对地质点进行观察、描述和记录外，还要进行标本采集，进行室内进一步观察与描述。或者某些重要、典型的地质现象需采标本保存，用实物供他人检查、参观；或者在地层剖面上为了达到某一目的和要求，需逐层采集标本。标本种类包括岩石标本、构造标本、矿石标本、化石标本等。新鲜、未风化，具有代表性是标本采集的基本要求。坚硬、块状岩石（矿石）标本尺寸一般长9cm、宽6cm、厚3cm，泥质岩等松散标本要放入样品袋。构造和化石标本要根据野外实际情况和需要确定标本尺寸。

采集的标本要有统一编号，其编号要与地质点号对应，如张岩子－东部落剖面第5个地质点采集的第1件标本，其编号可为ZYZ-5-1。其中ZYZ为剖面代号，5为该剖面地质点编号，1为该地质点第1件标本。坚硬、块状标本可以用记号笔直接写上编号或在标本上贴胶布，再用记号笔写上编号。泥质岩等松散标本编号直接写在样品袋上。

5. 剖面总结

野外实践教学结束前，指导老师要组织同学进行剖面总结，内容包括剖面位置（起始点）、出露地层层序（包括地层接触关系、代表性岩石类型、化石组合）、岩浆岩与典型构造现象等内容。张岩子－东部落地层、构造路线剖面总结示例如下：

张岩子－东部落地层、构造剖面东起张岩子村西陡崖，沿小路向西一直到东部落西山山前。该剖面出露太古界绥中花岗片麻岩、青白口系长龙山组和景儿峪组、燕山期闪长玢岩岩体、早寒武系府君山组下部和毛庄组。受东部落断层影响，府君山组上部和馒头组被第四系覆盖。肉红色绥中花岗片麻岩形成约为25亿年前，呈巨大的岩基产出，是盆地结晶基底。长龙山组底部有厚约50cm的底砾岩，自下而上由2个沉积旋回组成，第1个旋回下部为灰白色粗粒石英砂岩向上过渡为黄绿色含铁质粉砂岩、紫色细砂岩；第2个旋回下部为暗红色铁质中粒石英砂岩，向上过渡为紫色、紫红色和青灰色泥质岩。长龙山组与下伏绥中花岗片麻岩为沉积角度不整合接触。景儿峪组代表性岩石为紫色页岩夹薄层或透镜状泥灰岩，底部为黄褐色薄层中细粒石英砂岩，与下伏长龙山组为整合接触。府君山组下部为暗灰色厚层状薄片灰岩，含三叶虫莱得利基虫化石，与景儿峪组为平行不整合接触。府君山组上部和馒头组被第四系覆盖未出露。毛庄组为暗紫色泥页岩夹紫色灰岩透镜体，含腕足及核形石化石，与第四系断层接触。该剖面岩浆岩主要为沿断层侵入到景儿峪组的燕山期闪长玢岩岩体，该岩体呈近南北向小型岩株产出，斑状结构，斑晶主要为暗色矿物和斜长石。东部落断层为该剖面主要构造，该构造走向近南北，倾向东，为一高角度正断层。该断层东面为第四纪盆地（平原），西面为东部落西山，沿山前形成一系列近南北走向的断层三角面，并使东部落河沿断层自北向南流淌。

6.室内资料整理

回到室内，小组同学要到教室对当天野外教学内容进行室内工作整理，内容包括以下方面：

（1）地质标本与照片整理与描述。标本采回后，在室内需要整理，在标本的右上角涂上油漆，写上编号，进行标本登记。登记内容包括：岩石名称、用途、采集位置、地层时代、采集时间、采集者。标本整理好后，小组同学要一起讨论，从颜色、结构、构造、物质组成等方面对标本进行详细岩性描述，并记录在野外记录本相应的地质点处。同样，对野外照片也要进行整理，将照片导入计算机，对照片按照要求进行统一编号，然后编写照片说明，并记录在野簿相应地质点处。照片说明内容包括照片编号、岩石（构造、化石）名称、地质时代、说明的地质内容或地质现象等。

（2）地质记录补充与修改。受野外教学时间和条件限制，野外记录可能存在错误或者疏漏，这些都需要进行室内记录补充与修改。如野外岩性点描述不完整的，室内要对照采集标本进行详细描述与记录。为了保持野外记录的真实性与客观性，对地质记录的修改只能用铅笔画掉，不能用橡皮擦除再重新书写。

（3）图件完善与修饰。地质图件不仅要求内容完整、准确，还要求清晰、美观。因此需要对野外完成的信手剖面图、地质素描图等要进行必要的完善与修饰，内容包括检查图件内容是否完整、图形要素（方位角、比例尺、图例、图编号与图名等）是否齐全，地质符号是否准确等。对定稿的图件还要进行必要的修饰，如地质线条的光滑，断层、岩体界线的上色，关键地质界线的加粗等。

三、主要成果与认识

规范、全面和准确的地质现象观察、描述和记录是地质分析的基础，也是综合型和创新型地质人才培养的前提。为了提高野外实践教学效率和效果，露头地质剖面教学程序—模式化的顶层设计尤为重要，这也是指导老师重要责任之一（教学设计、教学指导、教学示范和教学把关4个作用）。论文结合野外教学实际和前人研究成果，将露头地质剖面实践教学划分为地质点识别与编号、地质点描述、信手剖面图绘制、标本采集、剖面总结和室内资料整理6个环节，提出了各个环节的教学内容和教学要求，归纳总结出了以信手剖面图绘制为纲、以地质点描述为核心的模式化地质剖面实践教学方法。

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G642

1006-9372（2016）04-0066-06

2015-10-08；

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