A. 用羅盤測定線狀和面狀構造的產狀要素
地質構造可分為線狀和面狀構造兩種基本類型。例如褶皺的樞紐和軸跡、岩層面及節理面和斷層面的走向，以及擦痕線、流線等均為線狀構造。岩層層面、褶皺軸面、節理面、斷層面、流面等均為面狀構造。無論是線狀還是面狀構造，它們在空間的位置都可以用其幾何要素加以表示。如表示線狀構造的側伏向和傾伏向、側伏角和傾伏角，表示面狀構造的走向、傾向、傾角等，測量這些要素歸納起來就是方向測定和角度測定問題。現僅就用羅盤量測線、角問題加以介紹。
1. 線狀構造的量測
水平線狀構造 包括岩層面走向，褶皺軸面、節理面、斷層面、劈理面的走向，水平褶皺樞紐以及斷層水平擦痕等。它們的共同點是既位於某一構造面之中，又位於水平面之中。在利用羅盤測定這種水平線狀構造時，只需准確認定所測構造面 ( 如岩層層面) ，將羅盤的長邊棱線與所測構造線貼緊並使水平泡居中，讀出磁針所指的讀數，即為走向的一個方向 ( 圖 1-8) 。由於走向有兩個方向，磁針的另一端讀數為走向的另一個方向，兩者相差 180°。這里必須說明的是，兩個走向讀數所指的方向如何和實際方向對應起來，對於初學者來說一定要從道理上搞懂。當把羅盤上的南北與地理南北一致起來 ( 磁偏角忽略不計或羅盤經過校正) ，這時磁北針指北、磁南針指南，如果把羅盤調換 180°，這時磁南針對准羅盤刻度環上的北，磁北針對准羅盤刻度環上的南。這一現象說明，羅盤刻度環上北所指的地理方向和磁北針的讀數一致 ( 圖 1-9) 。因此可得出結論: 羅盤刻度環上「北」所指方向為磁北針的讀數，羅盤刻度環上 「南」所指方向為磁南針的讀數，且這一結論適用於用羅盤量測任意方向。在有些教材或文獻中強調磁北針的讀數為走向，沒有說明是走向的哪個方向，給初學者帶來許多不便和概念上的混亂，值得注意。
傾斜線狀構造 包括岩層的傾斜線、傾伏褶皺樞紐線、斷層傾斜擦痕線等。它們的特點是線狀構造在空間是傾斜的，為一條由高到低的射線。這表示傾斜線狀構造的一個要素是它的傾斜方向，即傾向或傾伏向。不論是岩層的傾向還是樞紐或擦痕的傾伏向，它們都是各傾斜線狀構造在水平面上的投影線。因此它們只有一個方向，即由高到低的方向。用羅盤測量它們的傾向或傾伏向時，首先應認定該線狀構造由高到低的方向，將羅盤的長邊與其平行，然後沿包含該線的鉛垂面抬起羅盤低的一端至水泡居中時，再觀察羅盤抬起端刻度環的基礎方向是北還是南。如果是北，讀磁北針所指讀數; 如果是南，則讀磁南針所指讀數 ( 圖 1-8) 。不管是哪種情況的讀數，它們的結果都是一樣的，即為所測線狀構造的傾向或傾伏向。
圖 1-6 根據一個已知目標確定相對位置
圖 1-7 根據兩個已知目標確定相對位置
圖 1-8 羅盤測量產狀方法示意圖
圖 1-9 羅盤確定方向讀數的原理
2.面狀構造的量測
根據幾何學可知，兩條相交的直線可確定一個平面。因此任何面狀構造都可用它們的走向線和傾斜線加以表示(測量方法前已述及)，但它們的空間位置並未完全固定。如果其平面和水平面的夾角已定，則其平面的空間位置被確定，因此還必須測定它們的傾角。不論是傾角或是傾伏角，其測量方法相同。首先將羅盤長邊豎直放在傾斜線上，轉動傾斜儀，使傾斜儀上長水泡居中時所指示的角度值即為傾角或傾伏角(圖1-8)。
對於面狀構造的傾角，如岩層傾角、節理面傾角、軸面傾角等等，一般均要求測定它的真傾角(真傾角最大)。所以在量測時，最好沿構造面上的一點適當旋轉羅盤，取其角度最大的，或在測量面上用砂土、小碎石或滴水的方法，沿砂、水下流方向測得的傾角往往是真傾角。
各種產狀要素測定之後，要及時記錄在野外記錄簿上。由於傾向和走向相差90°，為節省時間，也可只測或只記傾向和傾角，其記錄格式為:105°∠25°。
3.用羅盤測定線狀和面狀構造的產狀要素時應該注意的問題
用羅盤測量線狀或面狀構造時，應注意以下幾個問題:
◎測點附近應避免附近有鐵制器件，如地質錘、鐵鎬、鐵鏟等，礦井下應避開金屬支架、鐵軌、電纜等，避免影響磁針指向而發生誤差。
◎不論是測定方向或是測定角度，應在水泡居中、磁針穩定後再讀數，且讀數應及時記錄或填繪在圖上。
◎要准確識別所測的是線狀構造或是面狀構造。當構造面有覆蓋物時，應進行清理後再進行量測;當構造面不平整時，可以用紙板、記錄本等平整物放在所測面上，然後在平整物上量測。一般傾斜岩層應選擇向上的層面，如有與上層面平行且暴露良好的向下層面也可以測量，但需注意羅盤的讀數。
◎對於節理面、劈理面、流面等，由於比較閉合又沒有充分暴露出來，沿裂面可插入硬紙片，然後在硬紙片的外延部分量測。
◎為准確測量各種要素，可以反復多測幾次或多人進行量測，取其多數者或取其平均數作為實測結果。
B. 岩層產狀的測定方法
遙感圖像上岩層及其它構造面產狀測定,就是從影像特徵來定性或半定量確定其走向、傾向和傾角。
(一)岩層三角面的圖像特徵
1.岩層三角面
岩層三角面是指在遙感圖像上同一傾斜岩層地表露頭線上的最高點(山脊點)和與之相鄰的兩個最低點(河谷點)相結而成的一個假想三角形平面。岩層三角面是岩層風化剝蝕出露的實體上三點連結成的面,所以這個三角面的產狀可代表岩層的產狀,它是在遙感圖像上判斷岩層產狀要素的最佳標志。它的形態受岩性和地形侵蝕形態的影響,遙感圖像上可以是三角形、熨斗形、半圓形、半月形、梯形等形狀,多個岩層三角面常沿岩層傾向形成疊瓦狀影像,沿岩層走向斷續相連形成鋸齒狀、波浪狀或不規則的折線狀(圖版45)。與傾斜岩層的層面一樣,任何傾斜的構造面(包括斷層面、節理面、不整合面等)在地表遭受切割後都會構成「三角面」(或「V」字形影像)。
2.中心投影成像引起岩層三角面的畸變
由於航空像片屬中心投影,因此它出現在像片不同部位時,其形態會產生畸變,如圖8-2所示,地面上一組向西傾斜,傾角都是60°的單斜岩層,在圖像上形成一系列形態與大小不同的三角面。在像主點右側的三角面顯示岩層的西傾,但隨著與像主點距離的增大三角面尖端愈來愈尖銳,造成岩層變緩的假象(圖8-2中1—5);而在像主點左側(圖8-2中6—8)三角面亦指示岩層向西傾斜,但隨著它與像主點距離的增大,三角面的尖端愈來愈鈍,造成岩層越來越陡的假象;當攝影投射角與岩層傾角相等時(圖8-2中9),岩層三角面在像片上的投影變為一條直線,造成岩層直立的假象;而在攝影投射角小於岩層傾角的部位(圖8-2中10,11),岩層三角面尖端指向改變,圖像上指示岩層向東傾,造成岩層倒轉的假象。因此,在利用岩層三角面確定岩層產狀時,應盡量選擇在像主點附近的三角面來作產狀解譯,而不能選擇像片邊緣處的三角面。
圖8-2 航空像片上岩層視傾角和岩層三角面形態的變化規律
(二)岩層走向和傾向的確定
在分析構造時,必須在充分考慮岩層分布,露頭形態以及它們與地形和影像的相互關系的基礎上,來估測岩層的走向和傾向。在地勢平坦地區,傾斜岩層出露地表的地質界線就是岩層走向線,直線狀地層條帶的延伸方向就是地層走向。在地形起伏較大的地區,傾斜岩層的露頭線變成折線狀的條帶影像。這時可沿著河谷的相對兩岸、窄分水嶺的兩邊或者兩個平行的溝穀穀坡上的岩層露頭,選擇同一岩層層面上高程相等的兩個點,其連線即為岩層的走向線,向岩層傾斜方向作走向線的垂線,即得到岩層傾向線;然向利用地形圖或通過圖像經緯線確定像片上的真北方向,測量出走向線和傾向線的方位角。
當溝谷與岩層走向近於垂直時,根據構造地質學中的「V」字形法則來判斷岩層傾向應當慎重。
(三)岩層傾角的測定方法
測定岩層傾角大小的測定方法有多種,下面介紹兩種常用的方法:
1.目估法
可以依據遙感圖像上岩層三角面的形態特徵目估岩層產狀。在其它條件相似的情況下,岩層三角面的高(即三角面頂點到底邊垂線的長度)愈長,岩層傾角愈小(圖8-3)。也可以據岩層三角面頂角的大小來判別,岩層傾角較小時,其頂角也較小。目估法只能定性地判定岩層傾向及傾角大小。通常把水平岩層、緩、中等及陡傾斜及近直立岩層的傾角定為<5°、5°-20°、20°-45°、45°-80°、>80°。利用航空像片目估產狀時要盡量選用在圖像中心處的岩層三角面,以減小中心投影產生的誤差。
圖8-3 用岩層三角面的影像特徵判別岩層傾角
2.立體模型測量法
這種方法需用航空像片立體像對。首先在立體鏡下觀察出立體模型,從像片中心(即靠近像主點附近)露頭良好地段選定一個岩層三角面,然後用一小三角板(硬紙板)貼著立體模型中所測量的岩層三角面逐漸變化三角板的傾角,直到確認小三角板很准確地模擬出所測岩層三角面的產狀時為止。然後用量角器測量小三角板與像平面間的夾角,即為該岩層三角面的視傾角。由於立體鏡下的光學立體模型在垂直方向上有誇大,所以量得的視傾角要經換算才是真傾角。換算首先要知道垂直誇大系數K,它是一個立體模型垂直比例尺與水平比例尺的比值,取決於航攝儀系統和立體觀察系統的幾何關系,主要與兩攝影基站的距離B,立體觀察用的兩張像片相對定位後像主點之間的間距S、航攝儀焦距f、航高H等多種因素有關。室內解譯時,可採用M.H.彼得魯謝維奇等人推薦的下列經驗公式:
遙感地質學
圖8-4 真傾角、視傾角及垂直誇大系數的關系
垂直誇大系數K一般為2.5—3.5。圖8-4為一種將視傾角換算成真傾角的圖表,其橫坐標為視傾角,縱坐標為垂直誇大系數,曲線為真傾角。假設垂直誇大系數為3.0,視傾角為70°,則沿橫坐標70°線上向上直至縱坐標為3.0處,得一交點,順曲線方向向上至上邊標有真傾角數處所指示的42°,就是換算後的真傾角。
上述測量岩層產狀要素的方法,同樣適用於在遙感圖像上求其它地質構造面(如斷層面、節理面、不整合面等)和岩脈、礦脈等的產狀要素。
岩層產狀要素的解譯是大量的、非常重要的基礎性解譯。它是構造與岩性識別與編圖的基礎。由於岩性、地形及成像方式的不同,岩層和岩層三角面在遙感圖像上影像特徵會有很多變化,作產狀(尤其是傾向)解譯時要慎重和充分應用地質知識和解譯技巧。