“V”字形法则象限教学法探索
刘见宝 崔树军 谷渊涛
摘 要：“V”字形法则是对倾斜岩层在地面露头形态规律的总结，可以很好地应用到地质填图、矿产勘查等领域。由于其空间的抽象性，是构造地质学的教学难点，学生难于理解掌握，只靠死记硬背，教学效果不理想。本文提出一种“V”字形法则的象限教学法，引入水平岩层面和直立岩层面作为辅助界面，将倾斜岩层产状与地形坡面之间的所有可能关系划分为3个象限，在剖面和平面上分别对应于“V”形法则的三种情况。通过岩层剖面产状与平面露头形态的对照，建立一种理解记忆“V”字形法则更为形象、直观的模型。该方法有利于学生快速、牢固地掌握“V”字形法则，在教学应用中达到了良好的效果。
关键词：象限教学法; 构造地质学; “V”字形法则; 倾斜岩层
中图分类号：P623 文献标识码：A 文章编号：1006-3315（2021）11-063-002
勾绘地质界线是野外地质填图工作中的重要环节。倾斜岩层的地质界线呈现“V”字形，符合《构造地质学》的“V”字形法则，该法则只需确定倾斜岩层、断层面或者不整合面等面状地质体上的两个点，即可依据地形等高线勾绘面状地质体在地面的出露界线[1]。“V”字形法则是对倾斜岩层在地表的出露界线形态与地形等高线形态之间相互关系的规律总结，即倾斜岩层在地表的界线形态在穿越山谷和山脊处呈“V”字形[2-4]。前人从不同角度对“V”字形法则的应用、教学等方面[5-9]进行了探索研究，取得了较好的效果。郭淑芳[10]等根据地形图的制图原理和倾斜岩层面走向的定义，引申出基准走向西安的概念，并进行定量研究。崔小东[11]制定了“V”字形法则的定量研究指标，可以更加准确地勾绘面状地质体的出露界线。王燕子[12]探索出包括感性认知、理论学习、感性深入、综合提高几个步骤的阶梯式教学方法。在《构造地质学》教学中，“V”字形法则历来是一个难点。在教学中，虽然尝试让学生熟记“相反相同、相同相反、相同相同”十二字，然而由于缺乏直观形象的概念模型，只靠死记硬背，而不是在理解的基础上学习、应用，学生在具体应用中还是易忘易错。鉴于此，本文通过建立“V”字形法则的平剖面对照模型，提出一种象限教学法，在教学实践中取得了良好的效果。
1.“V”字形法则的适用条件
根据走向的定义可以知道，岩层界线与同一等高线交点的连线即是岩层面的总体走向。岩层的露头界线形态，决定于岩层产状、地形及二者的相互关系。水平岩层的露头界线在地质平面图上与地形等高线平行或者重合;直立岩层露头界线在地质图上则呈现为一条直线，直线方向与岩层走向一致;倾斜岩层露头界线分布形态与地形等高线相交。当其横穿山谷或者山脊时，均呈“V”字形态，且根據地面坡向与岩层倾向、地面坡脚与岩层倾角之间的关系，岩层露头界线的弯曲方向和弯曲程度呈规律性变化，这种规律称为“V”字形法则。共有三种情形：（1）当岩层倾向与地面坡向相反时，岩层地面出露界线与地形等高线的弯曲方向一致。即在沟谷处，岩层界线的“V”字形尖端指向沟谷的上游，而穿越山脊时，“V”字形尖端则指向山脊的下坡;但岩层界线的弯曲程度比等高线弯曲程度更小。（2）当岩层倾向与地层坡向相同，且岩层倾角大于地面坡脚时，岩层界线与地形等高线的弯曲方向相反。在沟谷中，“V”字形露头线尖端指向下游;在山脊上，则指向山脊上坡。（3）当岩层倾向与地面坡向一致，岩层倾角小于地面坡脚时，岩层露头界线与地形等高线的弯曲方向相同。在沟谷中，岩层露头界线的“V”字形尖端指向上游，在山脊上，其“V”字形尖端则指向山脊的下坡。这与第一种情况所表现的形态不同之处在于，岩层露头界线的“V”字形弯曲度大于地形等高线的弯曲度[13]。上面三种情况可以总结为12个字：“相反—相同，相同>相反，相同<相同”（图1）。其中的“>”符号表示地面坡脚大于岩层倾角;“<”符号表示地面坡脚小于岩层倾角。虽然这12个字可以表达出岩层界线弯曲方向与地形等高线弯曲方向之间是“相反”或者“相同”的关系，然而，当岩层界线与地形等高线弯曲方向相同时，却难以体现出两则弯曲程度之间的关系。
“V”字形法则不仅适用于岩层露头线的分布形态，也适用于一切较平整的构造面，比如断层面、不整合面等露头线的分布形态。但是其应用也是有一定条件的，主要体现如下几点：（1）比例尺的影响。“V”字形法则对于野外观察构造现象，填绘或阅读分析大比例尺地质图（大于1：5万）很有帮助。而在中小比例尺（小于1：5万）地质图上，岩层露头界线形态主要受岩层走向变化的影响，地形的影响在这种图上反映不出来。在岩层倾角较缓、地形起伏较大地区的中比例尺地质图上，可能反映出地形对岩层露头界线分布的影响。（2）地质体产状的影响。“V”字形法则适用于产状相对稳定的面状地质体出露位置的推断，不适用于推断环状、“S”状、麻花状、团块状、鸡窝状以及其它不规则地质体。（3）地质界面走向与地形之间的关系。当地质界面走向与山脊、山谷延伸方向呈大角度相交时，“V”字形法则能得到较好的体现，并且“V”字形是对称的;如果地质界面走向与山脊、山谷方向近于平行时，则“V”字形法则表现不明显;如果地质界面走向与山脊、山谷方向斜交时，“V”字形不对称。
2.“V”字形法则的教学难点
“V”字形法则是“构造地质学”教学过程中的重点内容。同时由于其抽象性，也是教学的难点。“V”字形法则是对岩层露头界线形态与地形等高线形态之间关系的规律总结。因此，在学习“V”字形法则之前，必须具备相应的测量学基础知识和地质学基础知识。测量学方面，学生需了解地形图绘制原理;具备地形图读图能力;能从地形图上分析出山脊和山谷、地形坡度大小等。在地质学方面，应该了解岩层直立、水平以及倾斜三种基本情况，掌握地质界线、露头形态等地质术语等定义。“V”字形法则是将空间的三维地质体转换为二维的平面地质图的过程。因此，学生需要有较高的空间思维能力。
“V”字形法则教学过程中的难点也是与其知识基础要求和空间思维能力要求相关的。构造地质学是一门与实践结合比较紧密的专业课，而学生还没有足够的实践经验，难以建立起岩层与地形间的空间概念。
3.“V”字形法则象限教学法
象限教学法的思路主要体现在两个方面：一是通过添加辅助地质界面的方式，将“V”字形法则的三种可能情况划分为三个象限（图2）。水平岩层的露头界线与地形等高线平行或者重合，直立岩层的露头界线表现为一条直线。因此，以此两面为辅助界面，将倾斜岩层的产状变化划分为三个象限。二是采取平剖面对照的方式，将岩层在剖面上的形态投影到平面圖上。象限Ⅰ为图中的黄色区域，所代表的岩层产状为与地形坡面倾向相同，但是地层倾角小于坡脚的情况，从剖面图所对照的平面图可以看出，其在平面上岩层露头界线位于黄色区域内，也就是与等高线弯曲方向相同，但是比等高线更加紧闭;象限Ⅱ为图中红色区域，该区域代表的岩层产状为从水平到直立的情形，此时，岩层倾向与坡面倾向相反。平面对照图上显示的岩层露头界线与等高线弯曲方向一致，但是比等高线更为宽缓;象限Ⅲ为图中蓝色区域，所代表的岩层产状为与坡面倾向相同，但是倾角大于坡脚的情况。在对照图中，岩层露头界线与等高线弯曲方向相反。
4.结论
“V”字形法则是地质人的基本功，是填绘、阅读大比例尺地形地质图所必备的技能。由于其空间的抽象性，是《构造地质学》的教学难点。本文通过添加水平岩层和直立岩层辅助面的形式，将岩层产状与坡面的关系划分为三个象限。又通过平剖面对照模型，实现岩层展布规律由三维向二维的转变。象限教学法形象直观，容易理解，便于记忆，在教学实践中取得良好的应用效果。
基金项目：中国博士后科学基金（2018M642747）;河南省博士后科研项目资助（001803030）;河南省高等学校重点科研项目（20A170006）
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作者简介：刘见宝，1982年生，男，河南省开封市人，副教授，博士后，现从事构造地质的研究、教学工作。
