“V”字形法則象限教學法探索

劉見寶 崔樹軍 谷淵濤

摘 要：“V”字形法則是對傾斜巖層在地面露頭形態(tài)規(guī)律的總結，可以很好地應用到地質填圖、礦產勘查等領域。由于其空間的抽象性，是構造地質學的教學難點，學生難于理解掌握，只靠死記硬背，教學效果不理想。本文提出一種“V”字形法則的象限教學法，引入水平巖層面和直立巖層面作為輔助界面，將傾斜巖層產狀與地形坡面之間的所有可能關系劃分為3個象限，在剖面和平面上分別對應于“V”形法則的三種情況。通過巖層剖面產狀與平面露頭形態(tài)的對照，建立一種理解記憶“V”字形法則更為形象、直觀的模型。該方法有利于學生快速、牢固地掌握“V”字形法則，在教學應用中達到了良好的效果。

關鍵詞：象限教學法; 構造地質學; “V”字形法則; 傾斜巖層

中圖分類號：P623? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? 文章編號：1006-3315（2021）11-063-002

勾繪地質界線是野外地質填圖工作中的重要環(huán)節(jié)。傾斜巖層的地質界線呈現“V”字形，符合《構造地質學》的“V”字形法則，該法則只需確定傾斜巖層、斷層面或者不整合面等面狀地質體上的兩個點，即可依據地形等高線勾繪面狀地質體在地面的出露界線^[1]?！癡”字形法則是對傾斜巖層在地表的出露界線形態(tài)與地形等高線形態(tài)之間相互關系的規(guī)律總結，即傾斜巖層在地表的界線形態(tài)在穿越山谷和山脊處呈“V”字形^[2-4]。前人從不同角度對“V”字形法則的應用、教學等方面^[5-9]進行了探索研究，取得了較好的效果。郭淑芳^[10]等根據地形圖的制圖原理和傾斜巖層面走向的定義，引申出基準走向西安的概念，并進行定量研究。崔小東^[11]制定了“V”字形法則的定量研究指標，可以更加準確地勾繪面狀地質體的出露界線。王燕子^[12]探索出包括感性認知、理論學習、感性深入、綜合提高幾個步驟的階梯式教學方法。在《構造地質學》教學中，“V”字形法則歷來是一個難點。在教學中，雖然嘗試讓學生熟記“相反相同、相同相反、相同相同”十二字，然而由于缺乏直觀形象的概念模型，只靠死記硬背，而不是在理解的基礎上學習、應用，學生在具體應用中還是易忘易錯。鑒于此，本文通過建立“V”字形法則的平剖面對照模型，提出一種象限教學法，在教學實踐中取得了良好的效果。

1.“V”字形法則的適用條件

根據走向的定義可以知道，巖層界線與同一等高線交點的連線即是巖層面的總體走向。巖層的露頭界線形態(tài)，決定于巖層產狀、地形及二者的相互關系。水平巖層的露頭界線在地質平面圖上與地形等高線平行或者重合;直立巖層露頭界線在地質圖上則呈現為一條直線，直線方向與巖層走向一致;傾斜巖層露頭界線分布形態(tài)與地形等高線相交。當其橫穿山谷或者山脊時，均呈“V”字形態(tài)，且根據地面坡向與巖層傾向、地面坡腳與巖層傾角之間的關系，巖層露頭界線的彎曲方向和彎曲程度呈規(guī)律性變化，這種規(guī)律稱為“V”字形法則。共有三種情形：（1）當巖層傾向與地面坡向相反時，巖層地面出露界線與地形等高線的彎曲方向一致。即在溝谷處，巖層界線的“V”字形尖端指向溝谷的上游，而穿越山脊時，“V”字形尖端則指向山脊的下坡;但巖層界線的彎曲程度比等高線彎曲程度更小。（2）當巖層傾向與地層坡向相同，且?guī)r層傾角大于地面坡腳時，巖層界線與地形等高線的彎曲方向相反。在溝谷中，“V”字形露頭線尖端指向下游;在山脊上，則指向山脊上坡。（3）當巖層傾向與地面坡向一致，巖層傾角小于地面坡腳時，巖層露頭界線與地形等高線的彎曲方向相同。在溝谷中，巖層露頭界線的“V”字形尖端指向上游，在山脊上，其“V”字形尖端則指向山脊的下坡。這與第一種情況所表現的形態(tài)不同之處在于，巖層露頭界線的“V”字形彎曲度大于地形等高線的彎曲度^[13]。上面三種情況可以總結為12個字：“相反—相同，相同>相反，相同<相同”（圖1）。其中的“>”符號表示地面坡腳大于巖層傾角;“<”符號表示地面坡腳小于巖層傾角。雖然這12個字可以表達出巖層界線彎曲方向與地形等高線彎曲方向之間是“相反”或者“相同”的關系，然而，當巖層界線與地形等高線彎曲方向相同時，卻難以體現出兩則彎曲程度之間的關系。

“V”字形法則不僅適用于巖層露頭線的分布形態(tài)，也適用于一切較平整的構造面，比如斷層面、不整合面等露頭線的分布形態(tài)。但是其應用也是有一定條件的，主要體現如下幾點：（1）比例尺的影響?！癡”字形法則對于野外觀察構造現象，填繪或閱讀分析大比例尺地質圖（大于1：5萬）很有幫助。而在中小比例尺（小于1：5萬）地質圖上，巖層露頭界線形態(tài)主要受巖層走向變化的影響，地形的影響在這種圖上反映不出來。在巖層傾角較緩、地形起伏較大地區(qū)的中比例尺地質圖上，可能反映出地形對巖層露頭界線分布的影響。（2）地質體產狀的影響?！癡”字形法則適用于產狀相對穩(wěn)定的面狀地質體出露位置的推斷，不適用于推斷環(huán)狀、“S”狀、麻花狀、團塊狀、雞窩狀以及其它不規(guī)則地質體。（3）地質界面走向與地形之間的關系。當地質界面走向與山脊、山谷延伸方向呈大角度相交時，“V”字形法則能得到較好的體現，并且“V”字形是對稱的;如果地質界面走向與山脊、山谷方向近于平行時，則“V”字形法則表現不明顯;如果地質界面走向與山脊、山谷方向斜交時，“V”字形不對稱。

2.“V”字形法則的教學難點

“V”字形法則是“構造地質學”教學過程中的重點內容。同時由于其抽象性，也是教學的難點?！癡”字形法則是對巖層露頭界線形態(tài)與地形等高線形態(tài)之間關系的規(guī)律總結。因此，在學習“V”字形法則之前，必須具備相應的測量學基礎知識和地質學基礎知識。測量學方面，學生需了解地形圖繪制原理;具備地形圖讀圖能力;能從地形圖上分析出山脊和山谷、地形坡度大小等。在地質學方面，應該了解巖層直立、水平以及傾斜三種基本情況，掌握地質界線、露頭形態(tài)等地質術語等定義?！癡”字形法則是將空間的三維地質體轉換為二維的平面地質圖的過程。因此，學生需要有較高的空間思維能力。

“V”字形法則教學過程中的難點也是與其知識基礎要求和空間思維能力要求相關的。構造地質學是一門與實踐結合比較緊密的專業(yè)課，而學生還沒有足夠的實踐經驗，難以建立起巖層與地形間的空間概念。

3.“V”字形法則象限教學法

象限教學法的思路主要體現在兩個方面：一是通過添加輔助地質界面的方式，將“V”字形法則的三種可能情況劃分為三個象限（圖2）。水平巖層的露頭界線與地形等高線平行或者重合，直立巖層的露頭界線表現為一條直線。因此，以此兩面為輔助界面，將傾斜巖層的產狀變化劃分為三個象限。二是采取平剖面對照的方式，將巖層在剖面上的形態(tài)投影到平面圖上。象限Ⅰ為圖中的黃色區(qū)域，所代表的巖層產狀為與地形坡面傾向相同，但是地層傾角小于坡腳的情況，從剖面圖所對照的平面圖可以看出，其在平面上巖層露頭界線位于黃色區(qū)域內，也就是與等高線彎曲方向相同，但是比等高線更加緊閉;象限Ⅱ為圖中紅色區(qū)域，該區(qū)域代表的巖層產狀為從水平到直立的情形，此時，巖層傾向與坡面傾向相反。平面對照圖上顯示的巖層露頭界線與等高線彎曲方向一致，但是比等高線更為寬緩;象限Ⅲ為圖中藍色區(qū)域，所代表的巖層產狀為與坡面傾向相同，但是傾角大于坡腳的情況。在對照圖中，巖層露頭界線與等高線彎曲方向相反。

4.結論

“V”字形法則是地質人的基本功，是填繪、閱讀大比例尺地形地質圖所必備的技能。由于其空間的抽象性，是《構造地質學》的教學難點。本文通過添加水平巖層和直立巖層輔助面的形式，將巖層產狀與坡面的關系劃分為三個象限。又通過平剖面對照模型，實現巖層展布規(guī)律由三維向二維的轉變。象限教學法形象直觀，容易理解，便于記憶，在教學實踐中取得良好的應用效果。

基金項目：中國博士后科學基金（2018M642747）;河南省博士后科研項目資助（001803030）;河南省高等學校重點科研項目（20A170006）

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作者簡介：劉見寶，1982年生，男，河南省開封市人，副教授，博士后，現從事構造地質的研究、教學工作。