構(gòu)造地質(zhì)學(xué)課程教學(xué)的幾點(diǎn)體會(huì)

孔華+唐宇薔+許明珠+趙佳進(jìn)

摘 要：簡(jiǎn)要介紹了構(gòu)造地質(zhì)學(xué)課程相關(guān)知識(shí)節(jié)點(diǎn)的教學(xué)體會(huì)，認(rèn)為該課程的教學(xué)特點(diǎn)有別于其他學(xué)科，野外是構(gòu)造地質(zhì)研究的天然實(shí)驗(yàn)室，野外構(gòu)造幾何學(xué)的調(diào)查分析是構(gòu)造地質(zhì)研究的基礎(chǔ)，需要結(jié)合構(gòu)造年代學(xué)及大地構(gòu)造背景探討構(gòu)造運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)特征。

關(guān)鍵詞：構(gòu)造地質(zhì)學(xué);流變;斷層識(shí)別;層間劈理;液壓致裂

構(gòu)造地質(zhì)學(xué)是地質(zhì)類專業(yè)的必修課程。構(gòu)造地質(zhì)學(xué)是與物理力學(xué)密切關(guān)聯(lián)的學(xué)科，構(gòu)造地質(zhì)學(xué)特別強(qiáng)調(diào)尺度的概念，大尺度可以粗線條，如大地構(gòu)造的分區(qū)，小尺度就是需要細(xì)致的觀察，本科教學(xué)主要側(cè)重于中小尺度的構(gòu)造類型。構(gòu)造現(xiàn)象是地質(zhì)體受力變形的結(jié)果，由于物體的受力狀態(tài)差異，所以形成不同的構(gòu)造類型，這些構(gòu)造現(xiàn)象可以千姿百態(tài)，變化萬(wàn)千，但都可以歸納到教材中所講的幾類。如原生構(gòu)造類的沉積構(gòu)造和巖漿巖體的原生構(gòu)造，次生構(gòu)造則是構(gòu)造地質(zhì)學(xué)課程教材中重點(diǎn)講解的內(nèi)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(lǐng)會(huì)和判別。通過(guò)幾年的教學(xué)實(shí)踐，體會(huì)有以下幾點(diǎn)。

一、教學(xué)總體思路

1.基本概念講解

首先要講解基本的概念術(shù)語(yǔ)，讓學(xué)生知道哪些是屬于構(gòu)造現(xiàn)象，這些現(xiàn)象基本的幾何學(xué)特征是什么，以及它們的基本分類。常常我們?cè)诖T士生招生面試時(shí)候問(wèn)及各種構(gòu)造的分類問(wèn)題，回答效果差強(qiáng)人意，顯示學(xué)生對(duì)這些構(gòu)造類型的理解尚不夠深入，可能課堂上沒(méi)有直觀感性認(rèn)識(shí)。個(gè)人認(rèn)為專業(yè)名詞概念仍然是最基本的，這是學(xué)習(xí)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(qiáng)調(diào)實(shí)踐教學(xué)

其次構(gòu)造教學(xué)過(guò)程中必須要強(qiáng)調(diào)實(shí)踐，耳聽(tīng)為虛，眼見(jiàn)為實(shí)。舉個(gè)例子，對(duì)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(xué)生不好接受，在野外現(xiàn)場(chǎng)針對(duì)雁列脈的講解則能起到事半功倍的效用，因?yàn)榭梢袁F(xiàn)場(chǎng)比劃判斷。在帶實(shí)習(xí)的過(guò)程中，了解到學(xué)生對(duì)構(gòu)造現(xiàn)象其實(shí)是很感興趣的，有些構(gòu)造現(xiàn)象可以說(shuō)是非常生動(dòng)的圖畫(huà)，比如說(shuō)褶皺巖層在人們印象中是冰冷的，強(qiáng)硬的，可是竟然形成各種彎曲的形態(tài)，是什么力量如此強(qiáng)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(gòu)造變形現(xiàn)象背后可以想象當(dāng)初巖石受到了多么強(qiáng)大的應(yīng)力作用，當(dāng)然這些永久性的變形構(gòu)造的形成非一日之功，尤其褶皺，是長(zhǎng)期緩慢變形的結(jié)果，這也是流變的表現(xiàn)。

二、教學(xué)內(nèi)容側(cè)重點(diǎn)

1.關(guān)于斷裂構(gòu)造的教學(xué)

節(jié)理和斷層都屬于斷裂裂隙（fracture）。開(kāi)裂面的性質(zhì)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(gè)（組）破裂面，所以斷層要比節(jié)理復(fù)雜的多，主要在于其破裂后的復(fù)雜變形史，由于沿?cái)鄬用娴男D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，所以斷層的效應(yīng)要復(fù)雜得多，斷層的二元結(jié)構(gòu)是對(duì)巖石在不同構(gòu)造層次變形的直觀反映。在野外構(gòu)造地質(zhì)研究中我們觀察斷層效應(yīng)首先是從地質(zhì)圖上發(fā)現(xiàn)和了解的，大型斷層對(duì)成巖成礦的控制是十分明顯的，野外所見(jiàn)斷層帶產(chǎn)狀凌亂及逢溝必?cái)嗟闹V語(yǔ)也比較直觀地反映了對(duì)斷層活動(dòng)特點(diǎn)的認(rèn)識(shí)。對(duì)于斷層的野外觀察，在帶學(xué)生野外實(shí)習(xí)過(guò)程中，首先是要學(xué)生從雜亂的產(chǎn)狀歸納出主要的延伸方向即斷層的走向，而要做到這一點(diǎn)，必須找到斷層的邊界，因?yàn)樵斐蓭r石斷裂的能量畢竟是有限的，斷裂不可能無(wú)限擴(kuò)展，在橫向（寬度）和延長(zhǎng)（走向）都有終點(diǎn)。由于斷裂活動(dòng)依賴的是能量的釋放，能量大則擴(kuò)展順利，寬度長(zhǎng)度都大，能量大是可以產(chǎn)生很多分支，末端能量衰減，則會(huì)產(chǎn)生收縮復(fù)合現(xiàn)象。斷裂的多次活動(dòng)則會(huì)產(chǎn)生復(fù)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(wú)論是脆性斷層或韌性斷層，斷層巖的細(xì)?；侵饕?，當(dāng)然在韌性斷層后期會(huì)有變質(zhì)重結(jié)晶，即先細(xì)化后生長(zhǎng)如構(gòu)造片巖（構(gòu)造片麻巖）等。

2.關(guān)于劈理、線理的教學(xué)

劈理是一組密集的平行面，有時(shí)候在野外我們對(duì)于斷層劈理常用片理面來(lái)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(lái)，這樣的節(jié)理常有破劈理的特點(diǎn)，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(dòng)的結(jié)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(yùn)動(dòng)中的旋轉(zhuǎn)特征，銳角指示對(duì)盤(pán)運(yùn)動(dòng)方向，片理化帶往往代表了斷層帶的總體產(chǎn)狀。在褶皺發(fā)育地區(qū)也常見(jiàn)到層間劈理，可以幫助判斷地層的層序及轉(zhuǎn)折端位置。這些理論知識(shí)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(jù)擦痕和階步來(lái)判斷斷層的性質(zhì)，在課堂上講解學(xué)生往往理解不透，在野外卻能針對(duì)具體擦痕現(xiàn)象講解得比較清楚，比如會(huì)涉及線狀構(gòu)造的產(chǎn)狀，擦痕通常是側(cè)伏的，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量側(cè)伏角、側(cè)伏向，并就此判斷斷層的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)，是左行右行還是正逆斷層，都能一清二楚，只要講解一遍，學(xué)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(gòu)造，所以這種構(gòu)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(gòu)造地質(zhì)研究的天然實(shí)驗(yàn)室。對(duì)于線理構(gòu)造的理解，線理產(chǎn)出往往與褶皺有關(guān)，大型B線理平行于褶皺樞紐方向如窗欞構(gòu)造和石香腸構(gòu)造，雖然受力方式不一致，但線理延伸方向均平行于運(yùn)動(dòng)學(xué)的B軸方向。桿狀構(gòu)造的石英棒往往是變質(zhì)分異的結(jié)果，含硅質(zhì)的巖石在淺變質(zhì)過(guò)程中變質(zhì)分異造成硅質(zhì)組分的相對(duì)集中運(yùn)移，且沿著應(yīng)變橢球體的B軸方向延長(zhǎng)，其實(shí)這是構(gòu)造化學(xué)作用的結(jié)果或者是壓溶作用的結(jié)果，力學(xué)作用積累的物理能轉(zhuǎn)變成化學(xué)勢(shì)能從而驅(qū)動(dòng)物質(zhì)的溶解遷移和沉淀，也可以稱之為動(dòng)力分異結(jié)晶作用。

3.關(guān)于流變學(xué)內(nèi)容的教學(xué)

巖石流變學(xué)現(xiàn)在已成構(gòu)造地質(zhì)學(xué)的前沿，如何理解和研究流變學(xué)，這是教學(xué)的難題。褶皺、劈理都是塑性流變的結(jié)果，流劈理講的是物質(zhì)組成的重新排列，是在強(qiáng)烈變形（應(yīng)變）下的結(jié)果，流動(dòng)變形特別強(qiáng)調(diào)微觀的塑性變形機(jī)制，這是顯微構(gòu)造地質(zhì)學(xué)研究的內(nèi)容。巖石的力學(xué)性質(zhì)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。總體上強(qiáng)調(diào)巖石在淺部層次是脆性的，深部會(huì)發(fā)生韌性變形即塑性變形，我們?cè)诘乇砜吹酱罅康墓?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(qiáng)烈塑形變形的構(gòu)造形跡，其形成時(shí)期一般處于一定的深度，是巖石韌性條件下的變形產(chǎn)物，可以說(shuō)褶皺的形成過(guò)程可以觀察，斷裂卻是瞬間裂開(kāi)的，不過(guò)二者都是長(zhǎng)期受力的反映，都是應(yīng)變集中釋放的結(jié)果。斷層片理化帶代表了強(qiáng)應(yīng)變帶，反映斷層性質(zhì)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(shí)褶皺也有接觸應(yīng)變帶，應(yīng)變帶的寬度主要受強(qiáng)硬層的主導(dǎo)，強(qiáng)硬層的勢(shì)力范圍就是應(yīng)變帶的寬度，所以無(wú)論斷裂構(gòu)造或褶皺構(gòu)造都是一種力學(xué)變形效應(yīng)，是有邊界的，再越過(guò)邊界就進(jìn)入正常的未變形的巖石。當(dāng)然造山帶褶皺變形很強(qiáng)烈，會(huì)使得卷入的地層都發(fā)生強(qiáng)烈的變形。破裂變形尤其節(jié)理都是脆性變形，褶皺是流動(dòng)彎曲變形，韌性斷層也是流動(dòng)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(qiáng)行拉斷，會(huì)黏結(jié)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(shuō)明韌性好（黏性好）。endprint

三、科研實(shí)踐中對(duì)成礦構(gòu)造的理解

構(gòu)造現(xiàn)象野外觀察的重要性還反映在對(duì)實(shí)際地質(zhì)問(wèn)題的研究上。在成礦構(gòu)造的研究中，常會(huì)提到導(dǎo)礦構(gòu)造，通常指的是大斷裂，因?yàn)槌傻V物質(zhì)或流體是來(lái)源于深部的，雖然地球化學(xué)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(lái)源的，因?yàn)榈厍騼?nèi)部的水是巨量的，現(xiàn)在很多研究甚至認(rèn)為地幔流體參與了成礦，深部存在巨大的流體庫(kù)是不爭(zhēng)的事實(shí)，地球化學(xué)塊體中的成礦元素長(zhǎng)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(huì)流動(dòng)，各類構(gòu)造裂隙就為流體的流動(dòng)提供了空間，這就是導(dǎo)礦構(gòu)造，從礦床學(xué)的角度來(lái)說(shuō)源、運(yùn)、儲(chǔ)是成礦作用的三個(gè)節(jié)點(diǎn)，容礦構(gòu)造提供了礦質(zhì)沉淀的空間場(chǎng)所，也就是我們看到的礦床位置。有時(shí)候我們會(huì)犯“騎驢找驢”的錯(cuò)誤，知道礦床在哪里，礦體在哪里，卻不知道控礦構(gòu)造在哪里，顯然對(duì)容礦構(gòu)造的理解還只是停留于表面。實(shí)際上從我們的實(shí)踐來(lái)看構(gòu)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(gòu)造或礦床（礦田）構(gòu)造研究的靈魂所在。我們看到的礦床實(shí)際都處在構(gòu)造的節(jié)點(diǎn)上，尤其是幾組斷裂的交匯處，如同打疫苗畫(huà)十字一樣，這樣的（成礦）效果最好，各個(gè)方向的流體都可以匯集到這個(gè)節(jié)點(diǎn)上。從而有利于成礦。再比如板塊構(gòu)造對(duì)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(duì)成礦的制約作用，大的構(gòu)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(gòu)造，特別是巖性的分層界面，如硅-鈣面是化學(xué)分界面，是酸堿界面，流體中礦質(zhì)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(xué)界面，易于形成裂隙空間，力學(xué)和化學(xué)雙重界面性質(zhì)決定了沉淀場(chǎng)所。所以成礦構(gòu)造的研究必須結(jié)合礦體的特征來(lái)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(chǎn)狀平緩得量不到產(chǎn)狀，所以該區(qū)古生代以來(lái)的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)主要是垂直升降運(yùn)動(dòng)，水平擠壓變形顯然十分微弱。該礦床長(zhǎng)期以來(lái)認(rèn)為是層控型礦床，我們通過(guò)野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)礦體產(chǎn)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(tuán)包狀或透鏡狀，且通常旁側(cè)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(jié)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(diǎn)，并指出陡傾脈是深部流體的運(yùn)移通道，是對(duì)礦床成因的新解釋，我們提出的關(guān)鍵成礦因素就是礁灰?guī)r加斷裂構(gòu)造二者復(fù)合地段是有利的成礦部位，這對(duì)于指導(dǎo)深邊部找礦預(yù)測(cè)具有重要的意義。

要講好構(gòu)造地質(zhì)學(xué)課程十分不易，主要是構(gòu)造過(guò)于抽象，不像巖石礦物在室內(nèi)就可以很好地研究，課本上的圖解都是平面的，實(shí)際地質(zhì)體的構(gòu)造是三維立體的。如何從抽象到具象，唯一的途徑是野外調(diào)查，這是構(gòu)造學(xué)科不同于礦物學(xué)巖石學(xué)礦床學(xué)的根本原因。由于野外調(diào)查的艱苦性，尤其是構(gòu)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(lái)構(gòu)造學(xué)科的人才流失嚴(yán)重，地質(zhì)專業(yè)的學(xué)生多數(shù)不愿意從事構(gòu)造方向的研究。構(gòu)造問(wèn)題就像是疑難雜癥，同一構(gòu)造現(xiàn)象常有不同的爭(zhēng)論，比如斷層性質(zhì)的判斷，多期活動(dòng)常造成正、逆性質(zhì)的轉(zhuǎn)換，所以單純說(shuō)是正斷層或是逆斷層是過(guò)于簡(jiǎn)單的。構(gòu)造地質(zhì)學(xué)知識(shí)的學(xué)習(xí)非一日之功，特別是理解和運(yùn)用構(gòu)造地質(zhì)學(xué)知識(shí)去解決實(shí)際的工程問(wèn)題和找礦實(shí)踐需要長(zhǎng)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(gè)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(cuò)誤。常常我們提出一個(gè)理論模型，是需要尋找一系列證據(jù)做支撐的，并且反復(fù)修正理論模型。構(gòu)造地質(zhì)的學(xué)習(xí)需要踏實(shí)的態(tài)度，現(xiàn)在地學(xué)界對(duì)地球化學(xué)的研究推崇比較流行，所以在平行學(xué)科中地球化學(xué)類的學(xué)科發(fā)展很快，而傳統(tǒng)的構(gòu)造學(xué)和巖石學(xué)發(fā)展則大大滯后，這是需要扭轉(zhuǎn)的。萬(wàn)天豐發(fā)文感慨現(xiàn)在構(gòu)造地質(zhì)學(xué)到底怎么啦;在2012年武漢召開(kāi)的全國(guó)第四屆構(gòu)造地質(zhì)會(huì)議上，許多構(gòu)造地質(zhì)界的前輩也大聲疾呼要重視傳統(tǒng)的構(gòu)造幾何學(xué)的研究?？梢哉f(shuō)沒(méi)有野外調(diào)查的構(gòu)造研究是無(wú)本之木，野外調(diào)查是基礎(chǔ)，室內(nèi)結(jié)合構(gòu)造年代學(xué)確定不同期構(gòu)造活動(dòng)的時(shí)代，建立構(gòu)造時(shí)空演化史，野外和室內(nèi)二者有機(jī)結(jié)合才能相得益彰，產(chǎn)生放大效應(yīng)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 金振民，姚玉鵬. 超越板塊構(gòu)造——我國(guó)構(gòu)造地質(zhì)學(xué)要做些什么[J]. 地球科學(xué)，2004，29（6）：644-650.

[2] 萬(wàn)天豐. 怎么了，構(gòu)造地質(zhì)學(xué)[J]. 自然雜志，2008，30（4）：216-222.

[3] 潘桂棠. 地質(zhì)科學(xué)方法論的思考——以構(gòu)造地質(zhì)學(xué)為例[J]. 地質(zhì)通報(bào)，2008，27（9）：1451-1458.

[責(zé)任編輯：余大品]endprint