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《构造地质学》教学大纲

一、教学思想

《构造地质学》是地质系本科生必修的专业基础课。开课时间为学生入学后的第三学期。计划学时54学时。

《构造地质学》的课程特点是知识点较多；涉及的学科较多（沉积岩石学，火成岩岩石学，平面和立体几何，理论力学，材料力学，流变学等）；研究对象的空间尺度变化大，时间跨度长；许多构造现象无法在实验室中重现，对其成因和作用过程的解释往往根据经验分析和推断，容易引起疑问；构造分析要求有良好的时空想象能力，善于综合应用所学知识，善于抓住主要矛盾。

《构造地质学》的课程内容按教学性质分为3种类型：（1）知识和认识型，包括力学分析的基础知识；推覆构造，叠加褶皱等各类构造名词、术语和概念；各种构造现象的识别等；（2）技能型，例如地质图、剖面图、赤平投影图等各种图件的判读和绘制；（3）逻辑推理和综合分析，例如根据节理资料恢复古构造应力场，根据变形结果推断变形过程，根据构造样式推断变形环境，根据地质图和有关资料恢复构造发展史。

《构造地质学》的课程结构为: 


《构造地质学》的教学方法主要包括：课堂授课，学生利用多媒体教材、CAI课件、网络课件等进行自学，课堂讨论，实习课，辅导答疑等。其中，课堂授课主要讲授重点和难点，有关专题的研究现状、发展趋势，提出思考和讨论问题，不对课程内容作全面讲解；学生自学要围绕课程内容和教学进度，在阅读参考资料扩大知识面的同时能够围绕教师讲授时提出进行思考，为课堂讨论做准备；课堂讨论除了综合实习后安排一次外，一般在授课过程中穿插进行。实习课是《构造地质学》课程教学的重要组成部分，是培养学员动手能力的重要环节。为此要求学员按质按量完成全部实习作业。实习过程中提倡学生之间的互相交流，讨论。实习课成绩按比例记入最终成绩，并作为考察学生实际能力的重要参考。

针对课程特点和面向21世纪教学体系、教学内容和教学方法改革的精神，为了培养学生的动手能力和创新精神，全面提高其综合素质，教学过程中要始终注重培养学生的动手能力，动脑能力，动口能力（提出和讨论问题以及辩论的能力），在学习过程中让学生自己不断发现问题，积累问题，最终达到提高分析问题和解决问题能力的目的。除了专题讨论课之外，原则上每次课堂授课都要布置思考题和讨论题，每次上课正式授课前或在课间要组织10-20分钟的课堂讨论，并注意让每个学生都发言。必要时指名不善于表达的学生提前准备并在课堂发言。可根据学生人数和普遍发言情况，组织主题发言，让学生参加评论和打分，并作为课程最终成绩重要参考。

教学过程中要创造机会提高学生的外语和计算机水平。具体措施是：指导和督促学生使用多媒体电子教材、CAI课件、网络课程教材和上网浏览，介绍计算机技术在构造地质学中的应用，提出可以或可能用数字技术解决的构造地质问题，尽可能多地提供专业外语词汇，聘请外教短期讲课和举办讲座等。

《构造地质学》教学计划总学时共54学时，其中授课17次（34学时，包括1次专题讨论），实习课10次（20学时）。其中“极射赤平投影在构造地质中的应用”的作图原理部分安排课堂讲授，其余内容在相关实习课中讲授。另在课程进行过程中，安排一次野外教学实习，以增加学生对各种不同构造现象，诸如褶皱、断层、面理、线理、韧性剪切带等的感性认识，培养学生认识、鉴别构造现象的能力和分析不同构造之间相互关系的能力。野外教学实习学时不记入总学时。

课程总体要求为：

1、了解构造地质学的内涵、主要研究内容和基本研究方法；了解现代构造地质学的进展和发展趋势。

2、了解变形岩石力学分析的基本原理和影响岩石变形的物理化学控制因素，并用于对不同构造现象的解释。

3、了解并掌握不同类型构造的几何特征、构造组合和有关成因机制。

4、具备地质图件的判读能力，掌握基本的作图方法。

5、掌握分析和解决区域构造问题的基本工作方法，初步具备综合分析区域构造的能力；

6、了解构造地质学研究的前沿领域及其新进展，了解其存在问题和发展方向，为进一步的学习和研究奠定基础。

课程考核方式要体现“变应试教育为素质教育”的精神，不单纯以考试卷面成绩作为评价学业成绩的唯一依据，同时尽量减轻学生应试的压力。考核方式对学生学习方式有着直接导向作用，要不断进行探索。考核方式包括：闭卷笔试（占总成绩70%）和平时实习成绩（占总成绩的30%）。其中，实习成绩参考实习作业以外的其他学习成绩，包括课堂发言，讨论，阅读参考文献，野外实习，使用多媒体教材、CAI课件、网络课程教材的情况等。

二、学时分配与授课方式

章节

内  容

学时数

教学方式

第一章

绪论

2

讲   授

第二章

接触关系和原生构造

2

讲授+讨论

第三章

构造地质学力学分析基础

8

讲授+讨论

第四章

面状和线状构造

2

讲授+讨论

第五章

褶皱

6

讲授+讨论

第六章

节理

2

讲授+讨论

第七章

断层

8

讲授+讨论

第八章

变质岩区构造

2

讲授+讨论

实习1

学习使用CAI课件

2

实   习

实习2

简单剪切的卡片模拟

2

实   习

实习3

极射赤平投影

2

实   习

实习4

读水平岩层、倾斜岩层地质图并作剖面图

2

实   习

实习5

读褶皱地区地质图，作剖面图

2

实   习

实习6

编制构造等高线图

2

实   习

实习7

编制节理等密度图

2

实   习

实习8

分析断层发育地区地质图并作剖面图

2

实   习

实习9

分析岩浆岩发育地区地质图并作剖面图

2

实   习

实习10

综合实习

2

实   习

讨论

构造地质学课程专题综合讨论

2

讨   论

课间实习

渭河地堑北缘构造变形

1天

野外实习

三、课程考核

课程考核方式要体现“变应试教育为素质教育”的精神，不单纯以考试卷面成绩作为评价学业成绩的唯一依据，同时尽量减轻学生应试的压力。考核方式对学生学习方式有着直接导向作用，要不断进行探索。考核方式包括：闭卷笔试（占总成绩70%）和平时实习成绩（占总成绩的30%）。其中，实习成绩参考实习作业以外的其他学习成绩，包括课堂发言，讨论，阅读参考文献，野外实习，使用多媒体教材、CAI课件、网络课程教材的情况等。

四、教学内容

第一章   绪  论

第一节           实践中的构造地质学问题

1、   地震

2、   工程建设

3、   岩石变形

4、   碰撞造山、山脉隆升与环境变化

第二节           构造地质学的内涵和研究对象

1、 研究对象

2、 研究内容

3、 研究范围和尺度

4、 相关课程

第三节           新构造观

5、 水平运动为主导的活动论

6、 渐进突变式发展，均变与灾变

7、 岩石圈的层圈式结构和横向不均一性

8、 地质构造的多样性和复杂性

9、 规模和级别，长期性和阶段性

第四节           构造地质学课程教学的有关问题

10、学习《构造地质学》的意义

11、构造地质学》的学习方法

12、《构造地质学》的课程要求

13、《构造地质学》电子教材、CAI课件的特点及其使用

本章重点

  1. 构造地质学的内涵
  2. 构造时、空演化的概念
  3. 学习构造地质学的意义和学习方法

思考讨论题

  1. 何为“构造演化”？如何了解一个地区乃至全球的构造演化？
  2. 构造地质学是一种什么性质的学科？应该使用何种研究手段，向什么方向发展？哪些现代技术可以用来进行构造问题研究？

第二章    接触关系和原生构造

第一节           接触关系

1、    沉积岩层产状和V字型法则

2、    地层接触关系

第二节           原生构造

1、    沉积岩原生构造和软沉积物变形

沉积岩层顶、底面的识别标志及其构造意义

负荷作用，滑塌作用和滑移作用

孔隙压力效应引起的软沉积变形

2、     岩浆岩产状和原生构造

侵入岩

喷出岩

本章重点

  1. “V”字形法则原理及其应用
  2. 不整合的形成过程、识别标志和研究方法
  3. 沉积岩层顶底面的识别标志及其应用
  4. 软沉积物变形的类型及其形成机理

思考讨论题

  1. 确定二套岩层是否为不整合关系，研究区是否需要一定的面积？为什么？
  2. 能否用计算机可视化技术实现“V”字形法则的数字模拟？如果可以，实现的途径是什么？

第三章          地质构造分析的力学基础   

第一节           应力

1、应力的概念

应力的分解、正应力、剪应力、主应力、应力状态

2、应力分析

二维应力分析

三维应力分析

应力圆

3、应力场、应力轨迹、应力集中

第二节           应变

1、应变的概念

线应变、剪应变、应变的度量

2、均匀/非均匀应变

应变椭球体、形态类型及其几何表示法

递进变形：共轴/非共轴递进变形

有限应变测量

3、应变椭球体

应变椭球体

应变椭球体的形态类型

4、递进变形

共轴/非共轴递进变形

5、岩石有限应变测量简介

第三节           岩石变形行为

1、一般实验条件下的岩石变形

岩石变形的阶段：应力-应变曲线

材料性质

2、岩石的脆性破坏

库伦剪破裂准则：剪破裂的实验，经验公式，剪裂角，内磨擦角

3、影响岩石变形的因素

岩石各向异性对变形的影响

围压、温度、孔隙流体（压力）、时间、岩石的粘性和能干性

4、塑性变形及变形机制简介

本章重点

  1. 应力分析的思路和方法，应力圆的性质，不同应力状态的应力圆表示
  2. 应变椭球体与递进变形
  3. 库伦剪破裂准则
  4. 影响岩石变形的因素和各类变形实验曲线的含义

思考、讨论题

  1. 应力圆若为位于横坐标左侧（<0）的一个点，代表何种应力状态？自然界有无这种应力状态？
  2. 纯剪应力状态中的“纯剪”是何含义？
  3. 单轴应力状态下，为什么在α= 90°的截面上，正应力和剪应力都等于零？能否举例予以说明？
  4. 什么是线应变，剪应变？挤压/拉张力或剪切力与这二者怎样联系？
  5. 应变椭球体中的主应变面（XY，YZ, XZ）面与主应力有什么关系？
  6. 递进变形的概念对构造分析的意义是什么？
  7. 三种形态的应变椭球体分别反映岩石受到何种变形？其可能的受力方式是什么？
  8. 岩石变形是否一定都经历弹性、塑性和断裂变形三个阶段？为什么？
  9. 建立库仑剪破裂准则的依据是什么？莫尔准则的依据又是什么？这二者与格里菲斯准则的区别在哪里？

第四章          面状和线状构造

第一节           面理

1、劈理及其类型

2、劈理的应变意义

3、劈理的形成机制

机械旋转、重结晶作用、压溶作用

第二节           线理

1、运动轴与应变轴

2、小型线理

拉伸线理；矿物生长线理；皱纹；交面线理

3、大型线理

石香肠；窗棂；杆状构造；铅笔构造；压力影

本章重点

  1. 劈理类型、应变意义和形成机制
  2. 运动轴与应变轴的关系
  3. 线理的类型、轴型和运动学意义

思考、讨论题

  1. 关于劈理成因解释，你认为哪一种解释比较合理？为什么？
  2. 如何实现劈理形成过程的实验室模拟？要解决的关键问题是什么？
  3. 如何定义线理的轴型？a型线理与A型线理的区别是什么？

第五章          褶  皱

第一节           褶皱几何学

1、褶皱基本类型和褶皱要素

枢纽/轴，轴迹，斜卧褶皱

2、褶皱的描述

3、褶皱方位分析

4、褶皱形态分类

5、褶皱组合型式

侏罗山式、阿尔卑斯式、日尔曼式褶皱

6、叠加褶皱

第二节           褶皱成因分析

1、纵弯褶皱作用，纵弯褶皱层内应变分布与小型构造

2、剪切褶皱作用

3横弯褶皱作用

4、底劈作用

5、柔流褶皱作用

本章重点

  1. 褶皱位态和形态分类（Richard的分类， Ramsay的分类在实际研究中的意义）
  2. 纵弯褶皱作用：应力分布，形态，伴生构造

思考、讨论题

  1. Alpino- ( Jura-, German- ) type 褶皱是在何种应力和变形条件下形成的？
  2. Ramsay为什么提出了基于等倾斜线的褶皱分类方案？这种分类的意义何在？
  3. 自然界大部分褶皱是由纵弯褶皱作用形成。从地壳变形的角度考虑，这种现象反映了什么问题？
  4. 对于柔流褶皱作用，应该采用什么方法和手段对其进行描述和研究？

第六章          节  理

第一节           节理分类

1、节理的分类

张节理、剪节理

2、节理与主应力方位之间的对应关系

3、节理的分期

第二节           雁列节理

第三节           节理的岩脉充填机制和压溶作用

第四节           区域性节理

1、利用节理分析区域构造应力场

2、节理应变场

本章重点

  1. 张节理、剪节理的几何特征及其与主应力的关系
  2. 节理的分期和配套

思考、讨论题

  1. 为什么雁列节理限于发育在剪切带中？
  2. 利用共轭剪节理确定最大主应力方向时应该注意什么问题？

第七章          断  层

第一节           断层概论

1、断层的分类

2、断层的形成机制

单轴压缩的扩容试验

断层的活动方式

断层的形成作用与应力状态

3、断层的识别标志及其研究方法

地貌标志

构造标志

地层标志

岩浆、矿化标志

岩相和厚度标志

遥感图像特征

4、断层作用的时间性

5、断层岩

碎裂岩系列

糜棱岩系列

第二节           伸展构造及重力滑动构造

1、伸展构造的类型

地堑、地垒

阶梯状断层、箕状构造和盆岭构造

大型断陷盆地

裂谷

2、伸展构造模式

3、剥离断层与变质核杂岩体

剥离断层结构

断层岩序列

剥离断层和变质核杂岩的识别标志

剥离断层与成矿

剥离断层与不整合

4、重力滑动构造

重力滑动构造的结构

重力滑动构造的分带

重力滑动构造的构造样式

重力滑动构造的形成条件

第三节           逆冲推覆构造

1、逆冲推覆构造的基本概念和构造样式

2、逆冲推覆构造的几何结构

台阶式结构

断坪和断坡

双重逆冲构造－双冲构造

冲断褶隆

反冲断层和冲起构造

3、逆冲推覆构造的扩展

叠瓦状逆冲断层的扩展

双冲构造扩展模式

4、逆冲推覆与褶皱作用关系

5、逆冲推覆构造的驱动力

有关逆冲推覆构造驱动力的若干认识和存在问题

板块构造解释

异常孔隙压力与逆冲推覆构造的形成

6、推覆与滑覆的区别

第四节           走向滑动断层

1、  走滑断层基本特征

走滑断层的基本特征和构造型式

走滑断层伴生构造

2、  走滑断层应力状态和相关变形

走滑断层的应力应变场

断层弯曲引起的应力应变场

走滑断层交切引起的挤压、拉张

断层端部应力状态

3、与走滑断层有关的构造和相关问题

拉分盆地

花状构造

走滑断层与转换断层的区别

第五节           韧性剪切带

1、剪切带基本类型

2、韧性剪切带的几何特征和构造特征

剪切带内基本几何关系

简单剪切带的组构：剪切带内的面理和线理，SC组构，先存面理线理的变位

鞘褶皱

3、韧性剪切带剪切方向的确定标志：中小型和微型构造的指向意义

标志层的变形和错切，不对称褶皱，鞘褶皱，S-C组构，云母鱼，σ型与型旋转碎斑系,不对称压力影，多米诺骨牌构造，曲颈状构造，岩组（Ｑ、Ｃc的组构）

4、区域韧性剪切带及其构造型式

本章重点

  1. 断层的形成机制（Anderson模式,  Hafner模式）和识别标志
  2. 伸展构造的概念和伸展构造的类型（剥离断层、变质核杂岩、重力滑动构造的构造特征和构造组合）
  3. 逆冲推覆构造的几何结构：相关名词及几何图形
  4. 走向滑动断层的内部应力状态（外部作用力和内部应力状态的关系和区别），伴生构造和拉分盆地、花状构造的基本概念
  5. 韧性剪切带的几何特征和构造特征

思考、讨论题

  1. Anderson模式在多大程度上解释了断层形成时的应力状态？这种模式的局限是什么？
  2. 褶皱是塑性变形，断层是脆性变形，二者为何可以同时出现？
  3. 断层的识别标志中哪些是最重要的标志？可否根据一、二条标志确定断层的存在？
  4. 如何理解逆冲推覆构造的台阶式结构？形成这种结构有无变形条件的限制？
  5. 走滑断层带内部应力状态的解释可否用于对其它类型断层带的解释？

第八章    变质岩区构造

第一节           构造层次

第二节           变质岩区构造特征

1、变质岩的“层状构造”

2、构造置换

3、继承与新生

4、构造叠加

第三节           变质岩区构造研究方法

1、变质岩区构造研究的主要原则

2、变质岩区构造研究主要内容

构造几何学

构造样式

构造序列

构造力学

3、地质填图

4、构造数据采集

5、建立构造模式

本章重点

  1. 构造层次、构造叠加、构造置换的概念及其在构造研究中的意义
  2. 建立构造序列的原则和方法

思考、讨论题

  1. 变质岩区构造研究的原则是基于何种需要提出的？沉积岩区构造研究是否可以参考和借鉴？
  2. 构造层次概念对认识和解释构造现象有何帮助？

参考资料

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朱志澄（主编），韦必刚，张旺生，曾佐勋，索书田，1999，构造地质学，中国地质大学出版社
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Hobbs, B. E. et al., （刘和甫等译，1982）构造地质学纲要，地质出版社
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实习一    学习使用《构造地质学》CAI课件

一、预习内容

在西北大学地质学系主页（http://geo-nwu.cn）“教学园地”中浏览“构造地质学”多媒体课件、电子教材和网络课件。

二、实习要求

了解构造地质学CAI课件、多媒体电子教材和的网络课件特点和功能，掌握使用方法。

三、实习内容

了解构造地质学CAI课件、多媒体电子教材和的网络课件的结构和各个模块的功能，掌握使用方法。通过各个章节浏览，了解构造地质学的课程内容和特点。

实习二          简单剪切的卡片模拟

一、预习内容

掌握简单剪切和有限应变椭球体的概念，了解简单剪切中有限应变椭球体主轴的旋转和长度变化。

二、实习要求

了解在简单剪切条件下不同方向直线的长度、方向和应变椭圆主轴的方位及轴比的变化规律。

三、实习内容

根据实习教材中的说明，完成以下作业。

描述三条不同方向直线的方向随卡片叠的剪切应变量增大产生的变化。CA线的方向及长度变化说明了什么?AB线和BC线方向变化的总趋势如何?有何地质意义?

记述三条线的长度随剪切量增大的变化。讨论1+eBC在变化曲线上最小值的意义，这时B′C′的方位如何?(1+eBC)的曲线与X轴交点的含义?各直线长度变化的总趋势如何?

分析θ′的变化规律。沿曲线外推，分析当γyx→0时θ′趋向于多少?当γyx→∝时，θ′趋向如何?

在不同剪切应变量时，各应变椭圆的主轴是否为同一条直线?分析θ的变化规律，当y→0时，θ趋向于多少?

分析R的变化趋势。

实习三    极射赤平投影原理

一、预习内容

实习教材中极射赤平投影原理有关内容

二、实习要求

掌握赤平投影原理和方法，了解赤平投影在构造地质学中的应用。

三、实习内容

赤平投影的原理

面、线的投影

β图解和π图解

等密度图

面和线的旋转

l         赤平投影在构造地质学中的应用

实习四    读水平、倾斜岩层地质图，作剖面图

一、预习内容

沉积岩层产状，接触关系和实习教材中“实习四”的说明部分。

二、实习要求

认识水平、倾斜岩层地质图，学习作地质剖面图。

三、实习内容

读水平岩层和倾斜岩层分布地区地质图，分析图区岩层产状、露头分布特征(“V”字形)及露头宽度变化；认识地层接触关系。

绘制地质剖面图。

实习五    读褶皱地区地质图

一、预习内容

褶皱几何学：背斜、向斜、轴面、枢纽、褶皱翼间角，不对称褶皱；“V”字型法则，褶皱的组合，实习教材中“实习五”的说明部分。

二、实习要求

读褶皱发育地区地质图，掌握描述褶皱和编制褶皱发育区地质图图切剖面的方法。

三、实习内容

分析褶皱地区地质图中的褶皱形态、组合型式和形成时代。

绘制剖面图。

根据地质图绘制正交剖面图。

实习六    编制和分析构造等高线图

一、预习内容

构造等高线图的概念和作图方法。

二、实习要求

掌握构造等高线图的编制方法。

三、实习内容

根据钻孔资料编制构造等高线图并分析分析构造等高线图上的构造形态。

实习七   编制节理极点图和等密图

一、预习内容

极射赤平投影作图方法；共轭剪节理与主应力方向的关系。

二、实习要求

编制和分析节理极点图和等密图。

三、实习内容

根据节理产状资料表 中的数据用极等面积投影网编制节理极点图和节理等密图。

实习八    分析断层发育地区地质图

一、预习内容

教材第七章（断层）第一节和实习教材中实习八的说明部分。

二、实习要求

掌握断层发育地区地质图的读图方法和断层的分析与描述。

三、实习内容

分析断层发育地区地质图并作剖面图。

实习九    分析岩浆岩发育地区地质图

预习内容

岩浆岩体产状、流面、流线的概念和实习教材中的说明。

二、实习要求

学习在地质图上分析岩浆岩体产状、构造特征和形成时代；掌握编制岩浆岩区剖面图的方法。

三、实习内容

分析岩浆岩地区地质图，确定岩体产状类型，与围岩接触关系，岩体形成时代，与褶皱、断层的关系及形成时代，作地质剖面图。

实习十    构造地质综合读图

一、预习内容

褶皱、断层、岩浆岩、构造分析等概念和实习教材中的有关说明。

二、实习要求

通过对选定图幅的综合判读和分析，全面掌握构造分析、编制构造纲要图和恢复构造发展史的原则和方法，

三、实习内容

对图幅内的地层及其接触关系，构造层，褶皱形态、组合、叠加关系和展布规律，断层规模、方向、性质及其与褶皱的关系，岩浆岩体分布、时代、类型、规模、组合规律、发展演化史及其与褶皱、断层的关系进行分析。

编制构造纲要图。

编制1-2幅反映全区构造特点的剖面图。

在上述分析和编图的基础上编写构造发展史。