实测地质剖面

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第九章  实测地质剖面

第一节 实测剖面的目的及剖面位置的选择

在某一地段内，沿一定方位实际测量和编制地质剖面图是一项重要的基础地质研究工作，也是对工作区内地层时代、层序、岩性特征、厚度、古生物演化特征、含矿层位和接触关系等进行综合研究的手段。在实测剖面工作中，凡是剖面线所经过的所有地质现象都要进行观察描述；各种地质数据和资料都要进行测量和收集；所涉及的地质问题都要详细进行研究。包括沿剖面线的地形变化；各时代地层的岩性特征及厚度；古生物化石层位及所含化石的种属特点；地层的接触关系；系统采集岩石标本及化石标本，采集各种分析样品待室内进行分析研究；有时要有专门人员进行地球物理及放射性测量等项工作。在此基础上，进行该区地质发展史的研究，以恢复古地理、古气候的特征，推断地壳运动的时期及特点，通过不同地质剖面的对比，研究同一时期不同地区的地质环境的变化等等。因此许多专门性的研究工作也都要通过实测一定数量的地质剖面来完成。
在地质测量工作中，通过实测剖面系统掌握测区内上述资料的基础上，详细而准确地划分地层，确定填图单位，明确分层标志，为顺利开展地质测量作好基础工作。在踏勘测区的基础上，选择几条典型的剖面进行实测和研究，是地质测量工作的重要内容。为了使实测剖面顺利而有效地进行，选择好剖面线的位置是很重要的。
选择剖面线有以下几点要求：
1.剖面线要通过区内所有地层，也就是说，在剖面线最短的情况下，通过的地层越全越好。剖面线应尽可能垂直于岩层走向。有时一条剖面不能包括所有地层，这时可分几个剖面进行测量，然后综合成一个连续剖面。所测每一时代地层最好要有顶面和底面，选择发育好、厚度最大的地段。以解决地层问题为目的的剖面，最好选择结构比较简单，尽可能不受断层、褶皱及岩体干扰的剖面。如果以解决构造问题为主，所选剖面应反映测区的主要构造特征，剖面线要垂直主要的褶皱轴线和断层走向。
2.剖面线经过地段露头要好，尽可能选择连续山脊或沟谷。避开障碍物，减少平移。为使制图整理方便，剖面线尽量取直，避免拐折太多。

3.根据对剖面研究的精度要求，确定剖面比例尺。如果要求将出露1m宽的岩性单位划分并表示出来，就应选取1︰1000的比例尺绘制；如果要求将出露2m宽的岩性单位划分并表示出来，则应选取1︰2000的比例尺绘制等等。所以，在实测剖面过程中，凡是在图上能表示1mm宽度的岩性单位都要划分出来，而有特殊意义的矿层、标志层等，即使在图上表示不足1mm，也应放大至1mm夸大表示。

4.剖面的起点与终点应作为地质点，标定在地形图上。

第二节  实测剖面的野外工作

剖面测量方法有直线法和导线法。如果剖面较短，地形简单，利用直线法便于整理。如果剖面较长，且地形变化较复杂时一般用导线法进行。
野外工作有地形及导线测量、岩性分层、测量岩层产状、观察描述、填写记录表格、绘制野外草图、采集标本及取样等。
一般需要3—5人，最好5—7人（包括前测手、后测手、分层员、记录员和采样员等）共同测制一条剖面，分工合作，互相配合。
一、 测量导线方位、导线斜距及地形坡度角
此项工作由前、后测手（各1人，二人身高最好一样）来完成。一般用50m、100m长的测绳，后测手持0m端，前测手持另一端。测量开始时，后测手站定剖面起点，前测手向剖面终点方向前进，待到地形起伏变化处则停止。两人将测绳拉直，此时，前测手向记录员报告导线斜距——测绳终点所记米数。前测手应当注意寻找地形恰当的位置作为导线终点，有时需前后照应，尽量选择地形起伏的折点部位，如沟底、山顶等，使每一导线尽量放长，减少导线次数，加快工作进度，降低整理的工作量。
前后测手共同测量导线方位和地形坡度角，导线方位是指导线的前进方向，用方位角记数。前后测手测量误差小于2°～3°，取其平均值记入记录表格中。
地形坡度的测量是利用罗盘测斜仪，前后测手分别瞄准对方相同高度部位，使视线与地面平行一致，多测几次，前后校正，开始读数。以后测手为准，仰角为“+”，俯角为“—”，测准后将角度连同“+”或“—”号一同报告给记录员，记入表格中。
二、 观察、描述及分层
观察、描述及分层（1—2人）是实测面的中心工作，一切都围绕其进行。所以一般都由工作细心、经验丰富的人员承担。
分层是根据岩石的岩性、颜色、成分、结构、构造上的差异性特征，按照比例尺的精度要求，划分出不同的岩石单位，在分层处做好标记（如插上小红旗等），并且将分层的位置在导线上读出，报告给纪录员记入表格中。
首先确定沉积岩大类，然后根据具体特征进行边观察边描述，准确定名，详细描述、记录。此项工作，最好两人进行互相研究共同切磋，取样人员可同时配合，采集地层标本和各种样品。要注意分层准确合理，有时无须将岩层分得过细，但有时对于有特殊意义的岩层、矿层又必须详细的划分，待室内整理时再行取舍。
分层人员要及时向记录人员报告分层位置、层号及岩性定名，当一导线工作完毕及时指挥测手前进。
重要的地质现象要作素描图或照像。对一些出露不好而又关键的地段，要向导线两侧追踪补充描述，必要时可将导线附近的地质界限沿走向平移至导线上来。如果附近不可见或难于平移时，则须动简单山地工程，清理出露头以便观察。
三、标本和样品的采集及编号
原则上对所分层岩层应逐层取样，其中包括地层标本、古生物化石标本、岩石薄片标本、矿石光片标本、岩石化学分析样品、人工重砂样、同位素年龄样、古地磁样等等。对重点层位要加密采样。根据地质测量规范的要求而定取样项目。
标本及样品一定要准确系统编号，填好标本签（见附表1），并用标本纸包装起来。所有的标本及样品编号不准重复。一般编号要有剖面代号、层号、标本及样品类型（如薄片标本、化学分析样等）、标本的序号等。
如果在实习中有多组或不同班级同测一条剖面，则班级或小组的代号也要编入。
如：W—②—B1   W—代表王庄剖面
             ②—该标本取自第层②内
                 B1—代表薄片用标本，该层的第一块薄片标本
    ⅢZ—②—H2  Ⅲ—代表三班或三组
Z—代表张崖子剖面
⑤—该标本取自⑤层
H2—化石标本，该层的第二块
采集标本及样品的注意事项：
    ①一定要在真正露头上采集样品及标本，不能用转石代替。
    ②取样位置要准确，在测绳上读准斜距记入表格中。
③标本与样品一定要取新鲜岩石，规格视需要而定，一般情况下标本规格为3×6×9cm3或2×4×6 cm3、，特殊样品可大一些或小一些。标本上用白胶布贴好、写上记录编号，或者用记号笔直接写在标本上。回室内最好涂上白漆，用墨笔编号、包装。负责采样人员，要逐层测量岩层产状，报告记录员填入表中。
四、填写记录表格
实测剖面需要在野外填记专用的记录表格（见附表2）。
表格内除各项水平距、高差、累积高差、产状视倾角、分层厚度等项待室内整理时，经计算或查有关表格填入外，其余各项均应在野外准确无误填写。
导线号要写导线 起始点的位置编号，如第一根导线为：0—1，第二条为1—2等等。
导线方位角是记录后测手所测定的导线前进的方位，注意不要把方位记反。
各项地质内容的记录都要与分层号相对应，如斜距起止点，是指所分这一层在该导线测绳范围内的具体起终数字，如22—43。
地形坡度角要以后测手为准，倾角为“+”或“-”。
其他各项要准确填写不得遗漏，记录人员要及时向各工作人员询问所测数据及记录内容，分层人员得知记录员已将表格填写无误后，方可指挥测手移动测绳，记录员应起到监督作用，保证质量。
五、绘制草图
实测剖面需要在野外填记专用的记录表格（附表2）。
在实测剖面中，应现场绘制草图，包括平面图和剖面图，以便在室内整理时参考。
①野外平面图的绘制方法
首先大体确定剖面的总方位，可在野外大体测量，也可在地形图上用量角器量得设计剖面的总方位。以图纸的横线作为该剖面的总方位线，在图纸的上方标明北的方向（N）。在图纸上确定剖面的起始位置，一般图纸的右端为东或南，左端为西或北。如剖面的总方向为NW310°，则在图纸上应将130°方向放于右方，而310°方向放于左方，这样有利于与地形图相对应。
开始，在图纸上剖面起点处沿导线方位角画一射线，在该射线上截取出导线水平距（根据导线斜距及地形坡度角求出水平距D=(L1- L2)cosβ，或者按比例用作图法求出）。将导线起止点标好序号，按照导线顺序一一作出。在各导线上，按照分层水平距截取各分层位置，每分层段内要标好分层号。在适当位置标记产状符号、古生物化石采集部位等。导线号记在导线变换处，如有拐折，则标于导线相交角尖处，层号最好用圆圈圈起，标于分层段的中间，数字大小要一致。分层界线及产状符号等所画线的长短也要做统一规格（图9-1）。

图9-1 平面示意图

以次法连续画出各导线上内容，直到剖面终点。如果中途需要平移距离较大，则可不按作图比例尺,而在图上标明平移距离，但平移方向应准确画出。
② 剖面草图的绘制方法
在图纸上，平面图下方的适当位置绘制野外剖面草图。此时图纸的横线即为水平线,竖线则为标高（按作图比例尺）。
确定剖面的起点后，按照地形坡度角由起点做一射线，在其上按作图比例尺截取第一条导线的斜距，依此，在第一条导线的终点的地形坡度角及斜距画出第二条导线，依此类推就可以得到剖面方向上的地表地形线。在该线上截取各分层斜距，将其分层位置表明，按照实际产状，在剖面地形线下方依次绘制岩性花纹符号，标明产状及地层时代（图9-2）。

图9-2 剖面示意图

因为将折来折去的导线方位上的地形及地质内容，画在同一直线方向上，肯定是歪曲了实际情况，第一，剖面图的长度等于将剖面上导线展开的长度，而在剖面方向上长于导线平面图的长度。第二，剖面上的产状不应是实际倾角（当剖面线与岩层走向斜交时），而应是各导线方向上的视倾角。但是在野外现场有时来不及换算，作为野外草图这种偏差是允许的，待到最后整理成图时则会给以校正。
值得注意的是地形坡度要绘准，绘图人员应视实际情况检查测手及记录员所报坡度角的正负，在室内整理时，草图是重要的参考依据。其次不要将倾向绘反，特别是如有小型褶曲，更要细心将其正确表示在剖面图上，以免室内整理时将层序及厚度作重复计算。

第三节  实测剖面的室内整理

实测剖面的室内整理是很重要、很细致的一项工作，不仅是绘图方法问题，实际上是对剖面的系统研究过程。其中包括野外所取得资料、数据及标本的系统整理；清绘平面图及剖面图；计算分层厚度；并且在以上整理的基础上编绘地层柱状图。
一、野外原始资料的整理
小组成员一起核对野外记录、实测草图、岩石标本、岩性描述记录等。使各项资料完整、准确、一致，如果出现遗漏和错误，立即设法补充和更正。
整理时要鉴定化石、岩石及矿石标本，校核野外定名，确定地层时代，及时送出薄片鉴定及化学分析样品等。
在整理开始时，首先应将记录表格内空白各项经计算或查表将其填全。如：
导线水平距  D=(L1-L2)cosβ

高差 H=(L1-L2)sinβ

视倾角待确定剖面图的方位之后再行换算。如最后清图的剖面方位已定，则根据剖面方向与岩层走向夹角来计算或查表（野外记录本后附表），或者用赤平投影方法计算，从而将其换算成剖面方向的视倾角。
二、岩层厚度计算
岩层厚度是指岩层顶、底面之间的垂直距离，即岩层的真厚度。
计算方法有查表法、图解法和赤平投影法，也可编程利用微型计算机求真厚度。下面仅介绍公式计算法。
在实测剖面整理中，往往利用岩层的出露宽度（分层斜距）、地形坡度、岩层产状等数据求出岩层的真厚度。公式计算法比较准确，但是比较繁琐，可用计算器计算。倾斜岩层厚度计算方法有下列七种情况。
（1）地面水平（β≈0），导线方位垂直于岩层走向，则
Hi=Lsinα；  Hi为真厚度、L为分层斜距、α为岩层倾向
（2）地面倾斜， 地形坡向与岩层倾向相反，导线方向垂直于岩层走向，则
Hi=Lsin（α＋β）；β为地面坡度角。
（3）地面倾斜，坡向与倾向一致，而α＜β，导线垂直岩层走向，则
Hi=Lsin(β—α)
（4）地面倾斜，坡向与倾向一致，而α＞β导线方位垂直于岩层走向，则
Hi=Lsin(α—β)
（5）地面倾斜，坡向与倾向相反，导线方位斜交岩层走向，则
Hi=L (sinαcosβsinγ +sinβcosα)；γ为导线方位与岩层走向之间夹角。
（6）地面倾斜，坡向与倾向一致，而α＞β时， 方位斜交岩层走向，则
Hi=L(sinβcosαsinγ- sinβcosα)
（7）地面倾斜，坡向与倾向一致，而α＜β时，导线方位斜交岩层走，则
         Hi=L(sinβcosα- sinαcosβsinγ)
三、清绘平面图和剖面图
根据野外草图和记录，最终要清绘出正规的平面图和剖面图。
首先求得合理的剖面线方位。野外所测导线拐来拐去，最终要绘制在一个方向的剖面上，一般采用投影法，选择一个对于每条导线的地质内容和地形都歪曲不大的一个方向进行投影。因此绘平面图的目的是为了投影剖面图，首先要选择好剖面方位，而使平面图能摆在一个恰当的位置上。
一般的选择是将剖面的起点和终点的连线方位作为剖面的方位，如果这时所有的导线都在该方位的两侧，而不偏离很大，则最理想。另一个原则是使剖面线尽量垂直于岩层走向，如果所有导线都在起、终点连线的一侧则可根据岩层产状进行整理，或者分段选择方位使剖面线方位尽量成为各导线的平均方位。剖面线方位的选择在野外草图上进行最为方便（图9-3）。
选择好剖面方位之后，图纸上的横线就是剖面方位线，据此将图纸定好方向，绘好图纸上北（N）向方向指标。然后按照新的图纸方位，根据野外记录绘出正规的平面图，其绘法和内容同野外草图。但是要更准确、整洁和美观，而且将图的位置要连同剖面图等统一设计好，最好一次成图避免反工。

绘制剖面图的方法与野外草图不同，野外草图是一根导线接一根导线展开，是将各导线都绘在一个剖面线上，这样剖面的总长度伸长。如我们在地形图上量得所测剖面的起点至终点距离是500m，用展开法作出的剖面可能是530m。这样就歪曲了其真实性。用投影发作图，是剖面的起点和终点与地形图上相吻合，只不过将拐来拐去的导线上的地形及地质内容都投影在统一的剖面线方向上。其具体作法如下。

画剖面图是由已经画好的平面图向下投影的方法，剖面的起点要一致，每根导线的起、终点都按照图纸的竖线向下投好位置。
在作图9-4时注意，画地形线不用地形坡度角，这是与野外草图不同的地方。而在导线间的连接位置用累积高差确定该点地形的高度，然后与前点地形线相连。这样可以保证剖面起点与终点的高差与地形图上相符，否则就将出现误差。
岩层的分层界线点，由平面图上相应的点直接投影到地形线上，根据岩层的产状及规定的岩性花纹符号画出岩层层面线，在下方标出一定数量的产状要素及地层时代。剖面图的上方标明方位，明显的地物要标注清楚。写好图名及比例尺。图名最好用隶书，比例尺最好用线段比例尺。
四、编写剖面说明书
实测剖面的成果整理还包括编写剖面说明书，以备利用剖面资料的人员阅读剖面图时参考。剖面说明书大体应包括以下内容：

图9-3 平面图与剖面图关系示意图

（a）平面图  （b）剖面图

图9-4  平剖面投影示意图

（1）剖面测量的日期，所用时间；剖面线的位置，起点、终点的坐标。剖面的方位和总长度、剖面上的露头情况；剖面上所见地层时代、岩体及构造发育的总的特征；剖面线上的地形地貌特征；实测剖面中的工作手段，如地质观察、物、化探方法，放射性测量等等，剖面上取样工作量的统计，如采集岩石标本数量，各种取样规格数量等；室内整理剖面的方法及需要说明的其他事项。
（2）地层的研究情况，包括所测剖面内地层时代的划分，化石依据；可将野外分层进行归纳整理，划分不同的岩性段，分析地层发育的韵律关系；各岩性段的岩性特征、顶底标志；各岩性段或各时代地层间的接触关系及其依据。这一部分是剖面说明书的主体部分，要详细加以说明，有时要按层列剖面以说明各层及各段岩性的演化规律。
（3）剖面上所发现的矿层、矿点情况，如所取样的分析化验结果，对于找矿的意义；对地质测量及今后工作的建议等等。
五、编制地层综合柱状图
在正式地质图上往往附有工作地区的地层综合柱状图，它可以直接地反映该区的地层时代、岩性发育特征、接触关系、岩浆活动、矿产层位、古生物化石等情况。地层综合柱状图是在分析了整个图幅内的所有实测剖面的基础上编制的，有的还要参考邻区的资料。编制方法见附录Ⅰ。
地层综合柱状图的比例尺一般大于地质图，如1︰50000万地质图可附1︰10000或1︰5000比例的地层综合柱状图。

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