野外地质教学中地质时空观的培养

高红灿，王茂成，李小刚

重庆科技学院 石油与天然气工程学院，重庆 401331

实践教学

野外地质教学中地质时空观的培养

高红灿，王茂成，李小刚

重庆科技学院 石油与天然气工程学院，重庆 401331

地质学的研究对象是地球，其特殊的时空属性使得地质专业的学习必须具有正确的地质时空观。本文以重庆科技学院天府野外地质实习基地的地质地貌特征为基础，对野外地质教学中地质时空观的培养进行了探讨。地质空间观的本质是空间尺度观，地质时间观的建立必须通过地质现象的观察分析来实现，地质时间观和空间观密切相关。地质时空观的培养是野外地质教学的重点和难点，地质时空观的建立不仅可提高学生学习地质专业的兴趣和信心，而且也为以后的学习和工作打下良好的地学思维基础。

野外地质教学；地学思维；地质时空观

地质学的研究对象具有演化时间跨度大、空间范围分布广、地质过程十分复杂的特点，其特殊的时空属性使得地质专业的学习必须运用正确的地学思维［1］。地学思维方式是地质学家认识、理解和把握地球客体的本质和规律的思想方式，是地球客体的规律在思维领域的反映模式，也是地学思维活动中用以认识、评价地球客体的思想模式［2］。地学思维教育的核心问题是让学生认识到地球是由物质组成的，且一直在无比庞大的空间和漫长的时间中运动变化着［3］。地质时空观是地学思维中最重要、最基本的思维方式，其本质是对地质现象和地质过程的理解与认识［4-6］。野外地质教学形象而直观，是培养学生地学思维时空观的良好时机，地学思维时空观的培养也一直是野外地质教学的重点和难点［7-8］。

笔者结合近年来野外地质教学的实践，以重庆科技学院天府野外地质实习基地的地质地貌特征为基础，探讨野外地质教学中学生地质时空观的培养。

一、重庆北碚天府地区地质地貌特征

1.地质特征

重庆市北碚区天府地区位于四川盆地东缘，地表出露下二叠统茅口组—上侏罗统蓬莱镇组地层（图1）。晚三叠世之前为海相沉积，晚三叠世之后，受印支运动影响，海水永久性地退出上扬子地台，形成晚三叠世之后的河流—湖泊（三角洲）陆相沉积。侏罗纪末期受燕山运动的影响，天府地区不仅缺失白垩系—新近系，而且在巨大水平挤压力的作用下，四川盆地东部地区侏罗系及之前的地层强烈褶皱，形成了极富特色的由窄而紧闭的背斜和宽而平缓的向斜组成的川东隔档式褶皱带。天府地区位于川东隔档式褶皱带的西缘，主体构造为观音峡背斜，其核部出露地层为上二叠统龙潭组，局部由于断层作用有少量下二叠统茅口组，两翼主要由上二叠统长兴组—中侏罗统下沙溪庙组组成（图1）。该区地质构造相对简单、地表露头较好，是重庆科技学院地质学专业和资源勘查工程专业的沉积相和地质填图实习基地。

2.地貌特征

重庆市北碚区天府地区现今山峰林立、沟谷交错，具典型的“一山二岭两槽”的地貌特征（图1）。山、岭、槽的延伸方向均为NNE—SSW，与观音峡背斜轴向及地层走向基本一致。其中海拔最高的“一山”主要与背斜核部一致。“两槽”主要由背斜两翼的下三叠统嘉陵江组和飞仙关组的碳酸盐岩及泥页岩构成，其中NW翼上形成的槽谷称为“前槽”，发育较完整；SE翼上形成的槽谷称为“后槽”，因断层作用而发育较差。“二岭”则主要由背斜两翼的上三叠统须家河组砂岩构成（图1）。

图1 重庆北碚天府地区楼梯沟剖面信手剖面图

二、地质时空观的培养

1.地质空间观的培养

地质空间观的本质是空间尺度观，所谓地质尺度是指认识地质现象的客观标准，包括地质体几何形态、空间方位以及地质尺度的建立［7］。由于地球本身的庞大，其地质作用，特别是内力地质作用所形成的山脉、沟谷、盆地、岩浆体、断层等规模宏大，通常远远超出了人们的视野，即使我们身处其中也可能浑然不觉。所以，分析地质现象必须要有地质空间观。

重庆科技学院天府野外地质实习基地的沉积相实习及地质填图实习都是围绕着“一山二岭两槽”开展的，实习期间，每天都要徒步从“前槽”翻越“一山”进入“后槽”及“二岭”，学生对实习区“一山二岭两槽”的地貌特征认识较清晰，但通过地层的重复出现及产状变化判断出“一山二岭两槽”属同一个单一大背斜后，就会产生较大疑惑—如此大的地貌差怎么会属同一个单一背斜呢？该地貌又是如何形成的？之所以学生会产生如此疑问，其关键问题是学生的地质时空观尚未建立起来，即没有地质作用的时间和空间的尺度概念。

在野外地质教学中，老师要抓住学生的好奇心和求知欲，适当引导学生有意识地建立地质空间观，用已学过的知识去分析各种地质现象的空间特征。首先，让学生思考天府地区观音峡背斜刚形成时的地貌是什么样子？学生用已学过的构造地质学知识能认识到观音峡背斜形成时天府地区应是一个较完整的单一背斜山脉地貌，老师可指导学生在当前的地质地貌特征基础上恢复出原地貌（图1）。然后，再进一步引导学生思考现今和当初的地貌为什么会产生如此大的变化？学生利用已学过的外动力地质作用中的风化作用和地面流水地质作用等知识，再结合组成各地貌单元的地层岩性特征，能认识到形成现今地貌的主要原因是差异风化侵蚀—“两槽”主要是因背斜两翼的下三叠统嘉陵江组夹膏盐的碳酸盐岩及飞仙关组泥页岩及碳酸盐岩被强烈风化溶蚀而形成，“二岭”主要是因背斜两翼的上三叠统须家河组砂岩的抗风化能力较强而形成，而“一山”则主要是继承了观音峡背斜核部的高地貌特征。通过分析，学生会豁然开朗，并体会到看似很复杂的问题其实道理很简单，只是自己没有把已学过的知识用活。这时，老师告诉学生其深层次的原因主要是他们的地质时空观尚未建立起来，让学生认识到地质时空观在分析地质问题中的重要性。

经过这些思考分析，学生应能初步建立起地质空间观，学会了一种分析地质问题的方法，会有一种增长了知识的自豪感和解决了问题的成就感。紧接着老师可在此基础上让学生进一步思考:第一，为什么“后槽”没有“前槽”发育得好？即为什么“后槽”窄而“前槽”宽？学生能根据“后槽”所在的SE翼裴家湾地区发育有两条断层而造成较多地层缺失，特别是泥页岩发育的下三叠统飞仙关组三段和五段几乎全部缺失；而“前槽”所在的NW翼上断层不发育、地层较完整，从而使得“前槽”更宽阔。第二，背斜核部最老的地层下二叠统茅口组和上二叠统龙潭组为什么没出现在“一山”的最高峰？学生能根据学过的构造地质学的知识，结合天府地区的实际情况，认识到由于背斜核部张性节理发育且有铁厂沟断层作用，从而使得背斜核部地层较破碎，后期更易遭受风化侵蚀而逐渐变低。至此，学生能将实习区“一山二岭两槽”区下三叠统飞仙关组近400m的泥页岩、下三叠统嘉陵江组500多米的碳酸盐岩等地层的沉积时间，以及150Ma有了相对较具体的地质时间概念。在此基础上可让学生进一步思考，若在不发生其他构造运动的情况下再过150Ma或更长时间，现今的地貌可能会变成什么样子？此时，学生就能根据之前分析现今地貌形成原因时得出的差异风化侵蚀的主要原因进一步分析——组成“一山”的下二叠统茅口组—下三叠统飞仙关组的岩性也是抗风化能力较差的碳酸盐岩及泥页岩，加上背斜核部断层及张节理较发育，更易于遭受风化侵蚀，而组成“二岭”的砂岩抗风化能力相对较强且断裂构造相对不发育。所以，经过150Ma或更长时间，因“一山”的风化侵蚀速度快于“二岭”而可能使“山”“岭”角色互换而使现今的“一山二岭两槽”变为“二山一岭两槽”；进一步或“一山”风化剥蚀速度更快于“二槽”使“一山”也变为“槽”而出现“三槽”，从而使得现今的“一山二岭两槽”变为“二山三槽”等。经过分析，不仅使学生初步建立起地质时间观，在进行地质现象分析时更加全面，同时，又给学生传授了相关的地质作用、地层及地质构造等方面较完整的知识体系。

三、结语

地质时空观密切相关，在分析地质问题时缺一不可。在野外地质教学中，老师可结合实习区的地质地貌特征有意识地培养学生的地质时空观。地质空间观的培养可结合实习区地貌特征及其演化分析，使学生体会到地质空间尺度的宏大，进而在地质专业学习中利用地质空间尺度来分析地质问题。地质时间观的培养须通过地质现象的观察分析来实现。可通过已知湖盆或海洋的沉积速率，结合实习区地层沉积厚度特征来培养学生的地质时间观，并进一步通过预测未来地貌的变化来增强学生的地质时间观。地质时空观的建立不仅可提高学生学习地质专业的兴趣和信心，而且也为以后的学习和工作打下良好的地学思维基础。

［1］ 许洪才， 谷永昌， 姚宝刚， 等. 地质思维的物质观和时空观［J］.河北地质学院学报， 1995，18（6）:618-622.

［2］ 白屯. 地质思维方式的历史形态［J］.自然辩证法研究， 1991，7（4）:50-55.

［3］ 万丰天. 关于“地球科学概论”的教学指导思想［J］.中国地质教育， 2006， （2）:47-52.

［4］ 倪金龙，郭全军，郭颖，等.地质思维时空观的培养与建立—以“构造地质学”课程教学为例［J］.中国地质教育，2011，（4）:89-92.

［5］ 倪金龙， 张凯. 再谈地质思维时空观的培养与建立—以“构造地质学课程设计”为例［J］. 中国地质教育， 2014， （3）:43-45.

［6］ 姜照勇， 王成武. 地质教学过程中地质思维的培养［J］.教育教学论坛， 2013， （31）:131-132.

［7］ 王根厚. 构造地质学哲学思维探讨与教学［J］.中国地质教育， 2011， （2）:10-13.

［8］ 林清茶， 程雄卫. 普通地质学认识实习中地质思维的培养［J］. 科技创新导报， 2011， （10）:228.

［9］ 王岸， 袁爱华. 构造地质学哲学思维探讨与教学［J］. 中国地质教育， 2011， （2）:10-13.

［10］ 王慧中， 梅洪明. 东营凹陷沙三下亚段油页岩中古湖泊学信息［J］. 同济大学学报， 1998，26（3）:315-319.

［11］ Wilson J L. Carbonate facies in geologic history［M］. New York: Springer-Verlag， 1975.的地貌特征与该地区的地层及地质构造特征联系起来，初步建立起了地质空间观，并对人们通常用“沧海桑田”来惊叹自然界变化之大不以为然，并认为即便是“沧海高山”也是很普遍的自然（地质）现象。

2.地质时间观的培养

学生在地质空间观初步建立之后，对天府地区现今“一山二岭两槽”的地貌特征和观音峡背斜形成时的单一背斜山脉地貌特征及其成因联系有了较清晰的认识，但对其演化可能尚无时间概念。地质现象的时空属性是不可分割的，学生只有在建立起地质时间观后，才能对天府地区现今地貌的形成及演化有全面深入的认识。

相对于地质空间观，地质时间观的建立难度更大。地质现象的空间属性相对直观些，可通过实地观测分析而逐渐清晰，并可进一步通过遥感图像解译等手段来验证。而地质现象的时间属性相对抽象些，因大多地质作用非常缓慢，地质年代通常以百万年（Ma）为单位，尽管现今高精度同位素技术已经能够获得千年、百年尺度下的高置信度年代学数据，极大提高了地质学研究的时间精度［9］，但现代地质学所关注的时间尺度仍远远超过了人的生命，在人有限的生命里根本不可能实际观测到很多地质作用具体动态的发生过程。因此，学生地质时间观的建立必须通过地质现象的观察分析来实现。

通过查阅资料，学生可知道天府地区从原始单一的观音峡背斜山脉地貌变为现今“一山二岭两槽”的地貌历时约150Ma，但该地质时间对学生来说可能仅是一个数字。老师可结合已知湖盆或海洋的沉积速率来加强学生的地质时间观，如渤海湾盆地东营凹陷古近系沙河街组三段下亚段暗色泥页岩的平均沉积速率仅为0.014mm/a［10］，而全新世浅水碳酸盐的平均沉积速率为1mm/a，礁带为3mm/a，大巴哈马滩和安德罗斯岛潮坪碳酸盐为0.7mm/a，但深水环境碳酸盐仅为0.01mm/a，甚至没有［11］。通过对比，学生应对天府地

field geological teaching； geology thinking； spatiotemporal view

G642

A

1006-9372（2015）02-0072-03

2015-03-01；

2015-04-23。

重庆科技学院教育教学改革研究重点项目（201406）。

高红灿，男，副教授，主要从事沉积学和石油地质学的教学与研究工作。

投稿网址： www.chinageoeducation.net.cn 联系邮箱:bjb3162@cugb.edu.cn

引用格式:高红灿，王茂成，李小刚，等.野外地质教学中地质时空观的培养［J］.中国地质教育，2015，24（2）:72-74.

Title: Cultivation on the Spatiotemporal View of Geology in Field Geological Practice Teaching

Author（s）: Gao Hong-can，Wang Mao-cheng，Li Xiao-gang