孔華+唐宇薔+許明珠+趙佳進

摘 要：簡要介紹了構造地質學課程相關知識節(jié)點的教學體會，認為該課程的教學特點有別于其他學科，野外是構造地質研究的天然實驗室，野外構造幾何學的調查分析是構造地質研究的基礎，需要結合構造年代學及大地構造背景探討構造運動學及動力學特征。

關鍵詞：構造地質學;流變;斷層識別;層間劈理;液壓致裂

構造地質學是地質類專業(yè)的必修課程。構造地質學是與物理力學密切關聯(lián)的學科，構造地質學特別強調尺度的概念，大尺度可以粗線條，如大地構造的分區(qū)，小尺度就是需要細致的觀察，本科教學主要側重于中小尺度的構造類型。構造現(xiàn)象是地質體受力變形的結果，由于物體的受力狀態(tài)差異，所以形成不同的構造類型，這些構造現(xiàn)象可以千姿百態(tài)，變化萬千，但都可以歸納到教材中所講的幾類。如原生構造類的沉積構造和巖漿巖體的原生構造，次生構造則是構造地質學課程教材中重點講解的內容，如褶皺、節(jié)理及斷層，這其中褶皺以其幾何形態(tài)而易于理解和接受，而斷層則不那么容易領會和判別。通過幾年的教學實踐，體會有以下幾點。

一、教學總體思路

1.基本概念講解

首先要講解基本的概念術語，讓學生知道哪些是屬于構造現(xiàn)象，這些現(xiàn)象基本的幾何學特征是什么，以及它們的基本分類。常常我們在碩士生招生面試時候問及各種構造的分類問題，回答效果差強人意，顯示學生對這些構造類型的理解尚不夠深入，可能課堂上沒有直觀感性認識。個人認為專業(yè)名詞概念仍然是最基本的，這是學習的基本規(guī)律，要求先記憶，再理解，這是目前普遍的模式。

2.強調實踐教學

其次構造教學過程中必須要強調實踐，耳聽為虛，眼見為實。舉個例子，對于雁列節(jié)理的排列方式（如左行右列，右行左列，右行右列，左行左列），學生不好接受，在野外現(xiàn)場針對雁列脈的講解則能起到事半功倍的效用，因為可以現(xiàn)場比劃判斷。在帶實習的過程中，了解到學生對構造現(xiàn)象其實是很感興趣的，有些構造現(xiàn)象可以說是非常生動的圖畫，比如說褶皺巖層在人們印象中是冰冷的，強硬的，可是竟然形成各種彎曲的形態(tài)，是什么力量如此強大？比如華山千尺幢的垂直節(jié)理是如何形成的？在這些鬼斧神工的構造變形現(xiàn)象背后可以想象當初巖石受到了多么強大的應力作用，當然這些永久性的變形構造的形成非一日之功，尤其褶皺，是長期緩慢變形的結果，這也是流變的表現(xiàn)。

二、教學內容側重點

1.關于斷裂構造的教學

節(jié)理和斷層都屬于斷裂裂隙（fracture）。開裂面的性質可以幫助判斷是張節(jié)理還是剪節(jié)理。斷層往往具有多個（組）破裂面，所以斷層要比節(jié)理復雜的多，主要在于其破裂后的復雜變形史，由于沿斷層面的旋轉運動，所以斷層的效應要復雜得多，斷層的二元結構是對巖石在不同構造層次變形的直觀反映。在野外構造地質研究中我們觀察斷層效應首先是從地質圖上發(fā)現(xiàn)和了解的，大型斷層對成巖成礦的控制是十分明顯的，野外所見斷層帶產狀凌亂及逢溝必斷的諺語也比較直觀地反映了對斷層活動特點的認識。對于斷層的野外觀察，在帶學生野外實習過程中，首先是要學生從雜亂的產狀歸納出主要的延伸方向即斷層的走向，而要做到這一點，必須找到斷層的邊界，因為造成巖石斷裂的能量畢竟是有限的，斷裂不可能無限擴展，在橫向（寬度）和延長（走向）都有終點。由于斷裂活動依賴的是能量的釋放，能量大則擴展順利，寬度長度都大，能量大是可以產生很多分支，末端能量衰減，則會產生收縮復合現(xiàn)象。斷裂的多次活動則會產生復合脈或者使斷層巖的形態(tài)發(fā)生明顯變化，尤其是粒度的變化明顯，無論是脆性斷層或韌性斷層，斷層巖的細?；侵饕模斎辉陧g性斷層后期會有變質重結晶，即先細化后生長如構造片巖（構造片麻巖）等。

2.關于劈理、線理的教學

劈理是一組密集的平行面，有時候在野外我們對于斷層劈理常用片理面來描述，破劈理常與剪節(jié)理分不清，在野外有些斷層是由節(jié)理密集帶發(fā)展而來，這樣的節(jié)理常有破劈理的特點，斷層的表現(xiàn)也常常以片理化帶的形式出現(xiàn)，這種平行的裂隙面顯然是斷層面剪切滑動的結果，或者表現(xiàn)為擠壓片理化帶。斷裂劈理與主斷層面有夾角，反映斷層運動中的旋轉特征，銳角指示對盤運動方向，片理化帶往往代表了斷層帶的總體產狀。在褶皺發(fā)育地區(qū)也常見到層間劈理，可以幫助判斷地層的層序及轉折端位置。這些理論知識在課本上是平面的，在野外卻是鮮活的、立體的。比如我們根據擦痕和階步來判斷斷層的性質，在課堂上講解學生往往理解不透，在野外卻能針對具體擦痕現(xiàn)象講解得比較清楚，比如會涉及線狀構造的產狀，擦痕通常是側伏的，現(xiàn)場測量側伏角、側伏向，并就此判斷斷層的運動性質，是左行右行還是正逆斷層，都能一清二楚，只要講解一遍，學生就可以有深刻印象。擦痕上常有一些低溫的滑抹晶體，也是一種線理構造，所以這種構造形象從形態(tài)到成因都可以系統(tǒng)地了解，野外真正是構造地質研究的天然實驗室。對于線理構造的理解，線理產出往往與褶皺有關，大型B線理平行于褶皺樞紐方向如窗欞構造和石香腸構造，雖然受力方式不一致，但線理延伸方向均平行于運動學的B軸方向。桿狀構造的石英棒往往是變質分異的結果，含硅質的巖石在淺變質過程中變質分異造成硅質組分的相對集中運移，且沿著應變橢球體的B軸方向延長，其實這是構造化學作用的結果或者是壓溶作用的結果，力學作用積累的物理能轉變成化學勢能從而驅動物質的溶解遷移和沉淀，也可以稱之為動力分異結晶作用。

3.關于流變學內容的教學

巖石流變學現(xiàn)在已成構造地質學的前沿，如何理解和研究流變學，這是教學的難題。褶皺、劈理都是塑性流變的結果，流劈理講的是物質組成的重新排列，是在強烈變形（應變）下的結果，流動變形特別強調微觀的塑性變形機制，這是顯微構造地質學研究的內容。巖石的力學性質隨著深度的變化而變化，這是不同層次巖石變形差異的根本原因?？傮w上強調巖石在淺部層次是脆性的，深部會發(fā)生韌性變形即塑性變形，我們在地表看到大量的節(jié)理或者斷裂變形是巖石抬升出露到淺部地表發(fā)生的變形，一般是比較晚期的變形，像褶皺這樣顯示強烈塑形變形的構造形跡，其形成時期一般處于一定的深度，是巖石韌性條件下的變形產物，可以說褶皺的形成過程可以觀察，斷裂卻是瞬間裂開的，不過二者都是長期受力的反映，都是應變集中釋放的結果。斷層片理化帶代表了強應變帶，反映斷層性質有韌性特征，如果S-C面理發(fā)育就可以稱之為韌性斷層（剪切帶），其實褶皺也有接觸應變帶，應變帶的寬度主要受強硬層的主導，強硬層的勢力范圍就是應變帶的寬度，所以無論斷裂構造或褶皺構造都是一種力學變形效應，是有邊界的，再越過邊界就進入正常的未變形的巖石。當然造山帶褶皺變形很強烈，會使得卷入的地層都發(fā)生強烈的變形。破裂變形尤其節(jié)理都是脆性變形，褶皺是流動彎曲變形，韌性斷層也是流動變形，是一種黏滯變形，所以褶皺的描述中有黏度的概念，是一種整體的塑形變形。只要不強行拉斷，會黏結在一起，這就是物體的黏性或延展性（韌性），物體彎曲而不斷裂說明韌性好（黏性好）。endprint

三、科研實踐中對成礦構造的理解

構造現(xiàn)象野外觀察的重要性還反映在對實際地質問題的研究上。在成礦構造的研究中，常會提到導礦構造，通常指的是大斷裂，因為成礦物質或流體是來源于深部的，雖然地球化學同位素研究顯示可能有大氣降水的參與，但流體主體還是深部來源的，因為地球內部的水是巨量的，現(xiàn)在很多研究甚至認為地幔流體參與了成礦，深部存在巨大的流體庫是不爭的事實，地球化學塊體中的成礦元素長期受到這些流體的淋溶，所以有用元素的濃度增加，形成了成礦流體，既然是流體就會流動，各類構造裂隙就為流體的流動提供了空間，這就是導礦構造，從礦床學的角度來說源、運、儲是成礦作用的三個節(jié)點，容礦構造提供了礦質沉淀的空間場所，也就是我們看到的礦床位置。有時候我們會犯“騎驢找驢”的錯誤，知道礦床在哪里，礦體在哪里，卻不知道控礦構造在哪里，顯然對容礦構造的理解還只是停留于表面。實際上從我們的實踐來看構造形跡如何找尋，只要看礦床的空間位置，這也就是礦床大地構造或礦床（礦田）構造研究的靈魂所在。我們看到的礦床實際都處在構造的節(jié)點上，尤其是幾組斷裂的交匯處，如同打疫苗畫十字一樣，這樣的（成礦）效果最好，各個方向的流體都可以匯集到這個節(jié)點上。從而有利于成礦。再比如板塊構造對成礦的控制，環(huán)太平洋的斑巖銅金成礦帶，顯示匯聚背景下地殼重熔形成的酸性巖漿對成礦的制約作用，大的構造背景制約了成礦類型。中小尺度的斷層及褶皺節(jié)理層間裂隙往往是直接控制礦體的構造，特別是巖性的分層界面，如硅-鈣面是化學分界面，是酸堿界面，流體中礦質的溶解度受到酸堿度（pH值）的影響較大，溶解度大呈流體溶解態(tài)，溶解度小呈沉淀態(tài)。巖性分界面也是力學界面，易于形成裂隙空間，力學和化學雙重界面性質決定了沉淀場所。所以成礦構造的研究必須結合礦體的特征來分析，尤其是礦體的三維形態(tài)表現(xiàn)，往往有反映礦床成因的奇效。比如我們最近在湘西花垣整裝勘查區(qū)的研究，研究區(qū)的含礦地層為下寒武統(tǒng)的清虛洞組的礁灰?guī)r，地層產狀平緩得量不到產狀，所以該區(qū)古生代以來的構造運動主要是垂直升降運動，水平擠壓變形顯然十分微弱。該礦床長期以來認為是層控型礦床，我們通過野外調查發(fā)現(xiàn)礦體產狀有似層狀及脈狀礦體兩種類型，似層狀礦體的富礦體呈現(xiàn)團包狀或透鏡狀，且通常旁側都有陡傾脈狀礦化伴隨。脈狀礦體有流體液壓致裂的現(xiàn)象，角礫巖的膠結物有方解石型，白云石型及重晶石型，顯示有不同成分的流體從深部上升。因此我們提出后生熱液成礦的新觀點，并指出陡傾脈是深部流體的運移通道，是對礦床成因的新解釋，我們提出的關鍵成礦因素就是礁灰?guī)r加斷裂構造二者復合地段是有利的成礦部位，這對于指導深邊部找礦預測具有重要的意義。

要講好構造地質學課程十分不易，主要是構造過于抽象，不像巖石礦物在室內就可以很好地研究，課本上的圖解都是平面的，實際地質體的構造是三維立體的。如何從抽象到具象，唯一的途徑是野外調查，這是構造學科不同于礦物學巖石學礦床學的根本原因。由于野外調查的艱苦性，尤其是構造研究描述性的表述居多，往往不能發(fā)表高水平論文，所以近些年來構造學科的人才流失嚴重，地質專業(yè)的學生多數不愿意從事構造方向的研究。構造問題就像是疑難雜癥，同一構造現(xiàn)象常有不同的爭論，比如斷層性質的判斷，多期活動常造成正、逆性質的轉換，所以單純說是正斷層或是逆斷層是過于簡單的。構造地質學知識的學習非一日之功，特別是理解和運用構造地質學知識去解決實際的工程問題和找礦實踐需要長期的積累和思考。常常在野外看到的現(xiàn)象是孤立的，必須要放到一個背景中去思考，也就是情境中去思考，這樣才能不犯以偏概全或者盲人摸象的錯誤。常常我們提出一個理論模型，是需要尋找一系列證據做支撐的，并且反復修正理論模型。構造地質的學習需要踏實的態(tài)度，現(xiàn)在地學界對地球化學的研究推崇比較流行，所以在平行學科中地球化學類的學科發(fā)展很快，而傳統(tǒng)的構造學和巖石學發(fā)展則大大滯后，這是需要扭轉的。萬天豐發(fā)文感慨現(xiàn)在構造地質學到底怎么啦;在2012年武漢召開的全國第四屆構造地質會議上，許多構造地質界的前輩也大聲疾呼要重視傳統(tǒng)的構造幾何學的研究?？梢哉f沒有野外調查的構造研究是無本之木，野外調查是基礎，室內結合構造年代學確定不同期構造活動的時代，建立構造時空演化史，野外和室內二者有機結合才能相得益彰，產生放大效應。

參考文獻：

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[責任編輯：余大品]endprint