3种断层数据的测量方法

㈠ 活断层和地裂缝的勘查

断裂调查尤其是活断裂的调查是城市建设和工程建设及地震预测等都是非常重要的。地裂缝是地层断裂的一种，目前已知有七个省200多个县市发生地裂缝危害。西安地裂缝是一种不断活动的构造地裂缝。西安地裂缝与深部构造相通，总体走向呈北东向。地面黄土覆盖较厚，一般大于10m，地下热水发育，潜水面7～15m。利用氡气测量及其他敏感气体进行探测比较有利。

图7-37 水中氡异常类型

(一)基本原理

由于断裂构造带内岩石破碎，裂隙发育，岩石的表面积增加，因此地下水对岩石表面的溶滤、溶解作用增强，从岩石表面转入地下水的放射性元素的数量也随之增加，放射性元素随地下水沿着深部断裂构造迁移上来且在潜水面附近沉淀富集的放射性元素U、Ra，由于压力降低、氧化-还原环境的变化，这些放射性元素在潜水面附近沉淀富集，形成氡源。

从金属元素的微粒学说来解释，可以理解为氡及母体以纳米微粒沿活断层通道迁移，其动力为地温及地温梯度，压力及压力梯度，在有利的氧化-还原条件下沉积，形成U、Ra的相对富集，成为氡的来源，即氡源。而来自深部的氡也可富集形成氡源，所以两者叠加在一起形成了活断层中的氡源。该氡源放出的Rn气将不断向上迁移，这时氡的迁移发生在上覆盖层中，上覆土壤层成为氡异常形成的场地。氡在土壤层的迁移多发生在潜水面以上，尤其是活断层上土壤层厚度较浅，一般在10～50m之间，当然第四纪覆盖层也有大于100m的，所以对流、扩散成为氡在覆盖层的迁移的作用方式。由于氡的对流、扩散，所以在覆盖层中形成了氡浓度的分布，它的浓度分布以断层面为中心，氡浓度不断向四周衰减，形成断层上氡浓度相对较高，而四周氡浓度相对较低的氡晕，相对较高的氡浓度即为氡浓度异常，如图7-38所示。

图7-38 活断层上氡异常形成的示意图

由于活断层上覆盖层为第四纪地层或坡积层，成分相对简单，多为砂砾岩、砂岩和黏土，结构均匀，渗透性较好，孔隙度较大，对氡气的迁移较为有利，所以在地面可通过仪器探测氡浓度异常。

(二)测量方法

1.氡气及子体测量方法

大量实测资料证明，对于一定规模的断层，通过氡等气体测量可以准确寻找出断层的位置。氡浓度的异常幅度，剖面形状常受断层规模、倾角、岩性、断层破碎带宽度，充填物以及覆盖层的厚度、成分、密度、孔隙度以及地貌、植被等多种因素的影响，定量解释有一定的困难。但观其趋势，可以得到一定信息。

2.γ射线测量方法

地表γ射线测量和γ能谱测量可以用于活断层的调查，但其干扰因素较多，需要注意控制干扰因素，或消除干扰因素。通常，每个测点都要挖一个30cm深的坑，将探测器放在坑中央，并且要考虑岩性的影响。

活断层调查的γ射线测量，取决于深部氡的垂直运移和在土壤中的聚积。需要进行岩性γ射线差值校正。

(三)实例分析

日本姬之汤活断层位于伊豆半岛北部，采用了γ测量和α径迹同时测量，其测量结果示于图7-39。断层图(c)的位置在1930年北伊豆地震时出现过位错，因此，每个测点观测3次取其平均值。图(b)是α径迹的测量结果，可见γ射线测量(图(a)与α经迹测量结果(图(b))和断层位置对应很好。

图7-39 横跨姬之汤活断层的γ射线测量和α经迹测量

(a)γ射线观测曲线；(b)α径迹观测曲线；(c)断层位置

郯庐断裂带是我国东部一条巨型活动断裂带，在江苏省宿迁-泗洪段，进行过氡气测量。使用FD-3017型RaA测氡仪，在横跨断裂带的110km，点距4km，加密至2km。测量结果见图7-40。由图可见，有的断层位置并不与Rn异常峰一致。这与断层的倾角大小、次级断层的发育状况以及覆盖层的厚度、成分有关。

㈡ 地层剖面的野外施测

测制地质剖面的方法较多，这里介绍生产单位最常用的一种方法— 半—仪器导线测量法。

（一）实测剖面的技术要求

（1）实测剖面线的方位尽可能垂直岩层或主要构造线走向，一般情况下二者之间的夹角不能小于60°。

（2）在满足实测剖面任务的前提下，剖面线一般要取直、少拐弯或不拐弯，必须拐弯时，角度也不宜过大。

（3）当沿剖面线露头不连续时，可布置一些短剖面加以拼接，但需要注意层位拼接的正确性，防止地层的遗漏或重复。最好同时绘制构造剖面素描图，标明各段剖面中不同层位岩层的对应关系，或者确定明显的标志层作为拼接剖面的依据。

（4）当剖面上有较厚浮土掩盖，两侧一定范围内又无明显标志层对比，难以用短剖面拼接（或平移剖面导线）时，应动用剥土或探槽等轻型山地工程给予揭露。

（5）岩层产状平缓的地层剖面，宜在陡崖处布置；若有钻探资料应充分地利用，以便了解地下的隐伏层位。

（二）实测剖面的人员分工及任务

半仪器导线测量法是一种用地质罗盘测量导线所跨越的地形坡度角，用测绳或皮尺丈量剖面斜距的导线测量方法。参测人员一般需要4～5人，并要分工和密切合作。具体分工如下：

测手2人（前、后测手）：主要任务是拉测绳（皮尺，下同）、测方位及地形坡度角，丈量长度。

观测员2人：主要任务是选点、量产状、采样本。即先将导线上所跨越的坡度转折点、地层分界点、岩性分层点、构造点等划分出来；再测量各类产状要素、采集标本、观察岩性和寻找化石等。

记录员1人：主要任务是将各种实测数据记录在剖面登记的表格上，对岩性和地质现象描述和绘制信手剖面图（地层剖面草图）。

（三）实测剖面的测量方法

工作开始时，后测手站立在起点0上（图3-1），持测绳或皮尺零点一端，前测手持测绳或皮尺的另一端行进至选好的一点（即第一导线的终点）上。然后，两测手将测绳或皮尺拉直，前测手读出测绳上的长度距离，并将数据报告给记录员登录，该导线长度记为该导线斜距。接着两测手相对，测出导线方位角和地形坡度角并相互校正，且以后测手所测数据为准，由后测手报给记录员登录。记录员的工作是随时登录所取得的各种数据资料，填写实测地层剖面登记表（表3-1），详细描述岩性特征，绘制信手剖面图如图3-1。

（据卢选元等，1987，有修改）

5.高差

前后两点的高程差是根据斜距和坡度角计算出来的。自0点起至每点都要计算出累积高差。

（五）实测地层剖面地质观察内容及描述记录

在剖面测制中，每一导线间的岩层岩性、产状、接触关系、节理、断层、褶皱等各种构造要素以及矿层、标志层等都要认真观察并记录在野外记录簿内。记录描述应实事求是、准确反映野外地质体的客观事实。

具体记录时，首先要把地质界线出露的实际位置记录下来，如：6—7导线10m 处为黄贯组（C₁h）与青塘组（C₂q）分界，然后描述岩层的岩性特征层间接触关系，如：二者接触关系为平行不整合。

岩性特征分层描述先说明地层代号和岩石名称，再分基本描述与补充描述两部分。基本描述的顺序是：颜色、结构、构造、成分、名称。例如：某岩层描述为浅灰色中厚层条带状泥质灰岩。补充描述说明变化特征，其内容包括风化特征、层面及层间结构构造、化石保存状态特征等。如：上例补充描述颜色为灰绿至黄灰色，条带宽1～2cm，风化层富含泥质的条带，层面凹凸不平。观察的岩石颜色要以新鲜面本色为准。

岩性观察描述要注意识别岩石的基本矿物成分或碎屑成分，特别是生物碎屑成分以及能够反映沉积或成岩环境的特殊成分，如：海绿石、磷质、铁质、锰质结核、钙结核，盐类矿物等的分布状况和数量。要注意观察描述岩石结构、构造特征，如：碎屑颗粒的粒度、形状、磨圆度、分选性，化学结晶或重结晶矿物类型等。对宏观的沉积－成岩构造，包括“层”的形态、层理类型、单层厚度，各种交错层理，各种变形构造，原生与次生孔洞、生物潜穴，层顶面的波痕、泥裂、生物遗迹，层底面的各类印痕、印模等均须全面观测描述。

古生物特征的描述对岩层中所含化石的种类、个体形态、丰富程度、保存状况、分布态势、岩性及沉积构造的关系，是否为原地埋藏以及化石采集点的层位等都要详细观察描述。

接触关系的描述包括地层的整合接触关系与不整合接触关系（角度不整合和平行不整合）。它是地壳运动最直接、最综合的表现，是确定地壳运动及其性质的重要依据。地层不整合接触说明两套地层间存在着一个间断界面，要观察其形态（平整、起伏的），上、下地层是否相交，接触面上有无底砾岩或古风化壳、古土壤，接触面上下是否存在不同的构造变形强弱程度和不同时期，不同特点岩浆活动和变质作用及邻近接触面的上、下地层的时代并对上述现象和认识加以描述和阐述。

产状要素的记录产状要素是指地质体的走向、倾向、倾角、侧伏、倾伏；野外要测地层、节理、断层、矿脉等面状地质体的倾向、倾角。对褶皱要素（如轴面、翼部）需测量其产状要素。对线理或枢纽要测量侧伏、倾伏。测量产状时，必须选取有代表性的界面，读出精确数据。值得强调的是，在野外要避免使用测量几个产状取其平均值的现象发生。

素描与数码照相野外对地质现象进行素描和数码照相是记录、描述的重要补充手段，有些地质现象用许多文字进行描述，往往不如一幅素描图或一幅照片更能直观的说明问题。素描图和数码照片要进行统一编号，并记录它们的具体位置和镜头朝向（如摄于导线1—230m处，镜头朝东摄），以防造成混乱。不管是素描图还是数码照片都应在其上放一参照物（如放大镜、地质锤或铅笔），由此知其规模大小。

（六）实测剖面的标本样品采集和编录

实测地层剖面需要进行较系统的采样。采样的种类和数量取决于地质情况和技术经济条件等综合因素。常采集的标本和样品有：岩矿陈列标本、岩矿鉴定标本、古生物鉴定标本及岩石定量光谱分析标本，有时还需采集人工重砂，化学分析、电镜扫描、岩组分析、差热分析、古地磁及同位素测年等样品，这些样品的数量及采集量均要满足设计书的要求。

标本样品采集后要及时编号、记录采集位置和包装。

标本样品编号的原则：以样品种类的汉语拼音第一个字母标放在编号首位；以罗马数字代表剖面编号放在第二位；以阿拉伯数字代表标本样品取自某一分层的分层号，放在第三位。如编号b－Ⅰ－3-2，表示这块薄片标本是采自Ⅰ号实测地层剖面上第3分层的第2块标本。

各类标本样品的代号（汉语拼音字母）在《1:5万区域地质调查规范》中均可查到，在本书的附录（见表Ⅰ－7-1）中亦有介绍。

现将实测剖面或在区域地质填图中对所需采集标本、样品的采集技术要求和方法介绍如下。

1.岩矿陈列标本

岩矿陈列标本是为了再现工作区的岩石、矿物面貌特征而采集的。它包括各种有代表性的地层、岩浆岩、变质岩、矿物、矿石、构造等标本。其中，标本规格一般是3cm×6cm×9cm（厚×宽×长），对单矿物标本规格大小不限，以能反映该矿物特征为目的。

陈列标本一般存放于本单位资料库或陈列馆中，供野外现场验收查验。

2.岩矿鉴定标本

在野外不能准确定名的岩石和矿物，为了解岩石矿物的组成成分、结构构造、矿物组合特征而采集的标本，称为岩矿鉴定标本。须采集规格为2cm×5cm×8cm的标本，将标本送达实验室磨（切）制成薄片或光片进行鉴定。岩矿鉴定标本有以下两种：

（1）岩石薄片鉴定标本

在实测地层剖面中，应按岩层层序系统采集这类标本；而对岩浆岩要按单元（或侵入体）进行采样；对变质岩岩石类型、变质相、蚀变带及接触变质情况等系统采集；在不同构造带上采集各类构造岩标本。此外，在地质填图过程中发现的特殊岩石类型，也应采集薄片鉴定标本。

（2）矿石光片鉴定标本

在工作区选择矿石结构构造、矿石共生组合、矿脉穿插期次、矿石与围岩关系等方面有代表性的矿石标本（规格不限）将标本磨成光片，供矿相学研究的标本，称为矿石光片鉴定标本。

送检标本上应用红笔划出切片部位及其范围，须留副样，以便核对鉴定成果。同时可比照鉴定结论，提高野外人员对标本的肉眼鉴定能力和统一命名术语。

3.岩矿光谱分析样品

采集岩矿光谱分析样品是为了研究岩石或矿石的微量元素特征，及时发现岩石和矿石中各种元素含量变化及矿体的原生分散晕，以便指导普查找矿工作

在实测地层剖面、岩体剖面、变质岩剖面时，应对各类岩石进行系统取样。在矿产普查工作中要按一定测网全面系统采集光谱样品，以便发现矿体的原生分散晕。在地质填图工作中对一些特殊岩性或可能含矿岩石也应采集光谱样品。光谱鉴定样品要求样品新鲜，重量大于200g。光谱分析样有全分析、简项分析两种。全分析一般适用于各类剖面中系统样品采集研究，或工作开始时对工作区进行地球化学特征研究。其分析项目包括：Be、As、B、P、Sb、Ge、Ta、Al、Mn、Pb,Sn、Mg、Si、W、Ga、Yb、Nb,Fe、In、Bi、Ti、Mo、V、Y、Li、Cd、Cu、Ag、Na、Zn、Zr、Co、N i、Sr、Ca、K、Cr、Ba等元素。简项分析是在矿产普查工作中或对岩石的含矿性进行研究时采用，其分析项目可依据需要而选择（见表6-3）。

4.硅酸盐分析样品

硅酸盐分析样又称岩石全分析样。它是为了全面分析岩石的化学成分，研究地质体的物质组成及物理化学变化而采集的。一般用在岩浆岩、火山岩及深变质岩的剖面研究，有时也应用于沉积岩。采集的样品一般要求是未风化、未蚀变极为新鲜的原岩。采样方法常用拣块法，样品重量约为2kg。实际工作中往往将岩石化学成分的研究与岩石矿物成分及微量元素，甚至与重矿物的研究相结合进行。因此，在硅酸盐分析样样品采集的同时，应采集岩矿鉴定、岩矿光谱、陈列标本和人工重砂样等。主要分析项目为：SiO₂、TiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、FeO、MnO、MgO、CaO、K₂O、Na₂O、H₂O 等，有时还分析P₂O₅、ZrO₂、CrO₃、NiO、BaO、SrO、Li₂O、F、Cl、S、CO₂等项目（见表6-2）。

5.化学分析样品

化学分析样品是为了分析矿石中的化学成分，确定有用组分及有害组分的含量，确定矿石质量和区分矿体与夹石或围岩的界线，评价矿床的工业意义。取样方法、要求及分析项目视矿种及矿石类型不同而有专门的要求，详见专门矿产工业要求。一般在地质调查中的矿点检查或普查评价，采用连续拣块法及刻槽取样。样品重量约2kg。

6.人工重砂样品

人工重砂样品用于鉴定岩石中的重矿物成分、含量、晶体形态及共生组合等特征，从而研究岩石的含矿性、岩石成因类型、岩石对比。对于古砂矿、岩浆矿床及风化壳型矿床，人工重砂方法又是一种直接的找矿手段，并可确定其矿石品位。用于岩石学研究的样品，一般应当是未遭受风化、蚀变、交代的新鲜岩石。采样方法可用拣块法、刻槽法，剥层法，样重10～20kg。用于找矿或矿床评价的样品，可采用刻槽法或全巷法。除采集原岩中样品外，有时还可在风化残积层中采取，样重按矿物分布均匀程度不同而定，一般为20～30kg。同时还要采集岩矿鉴定、岩矿光谱及陈列标本等样品。

7.古生物化石标本

化石标本是为了确定地层时代、划分和对比地层，并进行沉积岩相、古气候、古地理的研究，一般应在测制地层剖面时逐层采集。在路线调查中，应在可能保存化石的层位，注意寻找化石。野外采集的化石标本，要求尽量采集齐全，同时要注意收集古生物的赋存状态、形态大小和相对数量方面的资料。化石应分层采集、分层编录，并将内容记录于剖面记录表或记录簿中。化石点位置应标定于地层剖面图或野外手图上，野外遇有完整的大型古脊椎动物化石，应先拍照、素描、进行描述和逐块编号后再行挖掘。如果自己不能挖掘应保护现场，报请专业单位处理。在采集第四系中的化石时，如发现文物或文化遗迹，不要自行挖掘，以免损坏，应当报告文物管理部门处置。标本的规格，应视化石大小而定。在野外应对化石作初步鉴定，确定其门类，并初步鉴定到属或种，要用棉花或棉纸将其包装保护好，直接送达古生物研究单位，进行详细鉴定。

8.孢粉鉴定样品

孢粉样品的采集是为了进行微体化石的研究。目前，这方面的研究对地层划分和对比以及确定地层的时代都起着积极的作用。一般多用于地层较厚、动植物化石较少的前寒武纪地层及中新生代地层。采集的孢粉鉴定样品，要选择有利于保存孢粉的岩性。如碎屑岩中的粉砂岩、页岩、砂质页岩，化学沉积的碳酸盐岩和硅质岩，含有机质的岩石，红层中的浅色、绿色、黑色夹层，成层有序的浅变质岩系中的千枚岩或黑色板岩等。若在地层剖面中采样，应按顺序逐层采取。路线调查时，可对某些地层作适量采集。按一定的间距进行采集，原则上在有利于赋存孢粉厚度较薄的岩层中进行，在地层分界线的上下应加密采集；在不利于孢粉赋存的夹层中，可适当放宽采集，甚至可不受采样间距限制。通常在厚约10m的单一岩层中，仅在其上下界线处各取一个样，中部大致以相等间距取1～2个样：在厚约100m的单一岩层中，可在上下界线处以3～5m 间距连续取2～3个样，然后以10m 间距在中间部位采集；在厚1000m 以上、岩性基本相同的岩层中，可在相邻层位交接处以5～10m 间距连续取3～4个样，余下的以30m 间距连续取样。野外所采样品要求岩石新鲜、未风化，样重0.5～1kg。采集方法可用拣块法或刻槽法。样品应妥善保存，严防上下层位样品混染。每个样品都要用清洁、坚实的牛皮纸包装好，或置于密封容器内。

9.煤岩鉴定样品

煤岩样品是为了解煤的物质成分、结构和组分含量，研究煤的成因、煤层对比标志、变质程度和工艺利用性能等。样品应避免在断层附近及对煤质有影响的侵入体附近采集。煤岩样必须在新鲜露头上采取，取样方法可以垂直煤层连续拣块或刻槽取样。样品采集后应该立即装于备好的采样箱内，并且妥善密封包装好，注明顶底板及编号。采集煤岩样的同时，最好也能采集煤的化学分析样，以便相互验证。

以上标本采集后，都要在记录簿中有记录。手图上有准确的位置标记，所有送检样品要填写好送样单，一式三份。要将测试样品包装、装箱，及时送到有资质的分析检查单位，并要外送一部分样品到第二单位进行复检，确保鉴定分析质量。

10.定向标本

野外采集进行组构分析的标本应在露头上的岩层层面、节理面、片理面、断层面人工修整的平面等定向面上直接准确标示出其产状要素符号（其面要求不小于20cm×20cm）和定向符号，在走向线两端和倾斜方向顶端标明其方位和注明上、下面，然后再采下标本。需要指出的是，所有上述标绘的定向线、精度误差不得超过1°。在定向划线前，不得锤击露头使其位置发生变动。

切制定向薄片时，一般应垂直于b轴，或垂直于片理等定向结构面的走向。其目的是为了能在室内恢复其野外产状，以便能进一步观察和测定在野外条件下难以获得的构造要素，如线理、劈理、擦痕及其他定向组构等，并且为岩组分析准确确定切制薄片的方位以及被测定薄片本身的产状。

（七）实测地质剖面草图

在施测剖面的同时，要实地勾绘实测地质剖面草图。这种图件不要求很精确，但要求能形象地反映地质、地形的细部特征，它可作为室内做正式剖面图时校核的参考资料。此图比例尺较实测剖面图的小（一般用1:1000），绘制在野外记录簿的左页，图中岩层产状可按真倾角标绘，其格式如图3-1所示。

实测地质剖面草图的勾绘方法：

（1）在记录簿左页的适当位置上选取一点0，按0—1导线的坡度角画出导线0 —1的长度（斜距）确定点1的位置，并勾绘出0—1导线之间的实际地形线；

（2）根据产状要素画出分层界线和其他地质界线，注上导线号、分层号、岩性花纹、产状要素和化石产出部位。以此类推，直至剖面终点。

㈢ 岩层产状的测定方法

遥感图像上岩层及其它构造面产状测定,就是从影像特征来定性或半定量确定其走向、倾向和倾角。

(一)岩层三角面的图像特征

1.岩层三角面

岩层三角面是指在遥感图像上同一倾斜岩层地表露头线上的最高点(山脊点)和与之相邻的两个最低点(河谷点)相结而成的一个假想三角形平面。岩层三角面是岩层风化剥蚀出露的实体上三点连结成的面,所以这个三角面的产状可代表岩层的产状,它是在遥感图像上判断岩层产状要素的最佳标志。它的形态受岩性和地形侵蚀形态的影响,遥感图像上可以是三角形、熨斗形、半圆形、半月形、梯形等形状,多个岩层三角面常沿岩层倾向形成叠瓦状影像,沿岩层走向断续相连形成锯齿状、波浪状或不规则的折线状(图版45)。与倾斜岩层的层面一样,任何倾斜的构造面(包括断层面、节理面、不整合面等)在地表遭受切割后都会构成“三角面”(或“V”字形影像)。

2.中心投影成像引起岩层三角面的畸变

由于航空像片属中心投影,因此它出现在像片不同部位时,其形态会产生畸变,如图8-2所示,地面上一组向西倾斜,倾角都是60°的单斜岩层,在图像上形成一系列形态与大小不同的三角面。在像主点右侧的三角面显示岩层的西倾,但随着与像主点距离的增大三角面尖端愈来愈尖锐,造成岩层变缓的假象(图8-2中1—5);而在像主点左侧(图8-2中6—8)三角面亦指示岩层向西倾斜,但随着它与像主点距离的增大,三角面的尖端愈来愈钝,造成岩层越来越陡的假象;当摄影投射角与岩层倾角相等时(图8-2中9),岩层三角面在像片上的投影变为一条直线,造成岩层直立的假象;而在摄影投射角小于岩层倾角的部位(图8-2中10,11),岩层三角面尖端指向改变,图像上指示岩层向东倾,造成岩层倒转的假象。因此,在利用岩层三角面确定岩层产状时,应尽量选择在像主点附近的三角面来作产状解译,而不能选择像片边缘处的三角面。

图8-2 航空像片上岩层视倾角和岩层三角面形态的变化规律

(二)岩层走向和倾向的确定

在分析构造时,必须在充分考虑岩层分布,露头形态以及它们与地形和影像的相互关系的基础上,来估测岩层的走向和倾向。在地势平坦地区,倾斜岩层出露地表的地质界线就是岩层走向线,直线状地层条带的延伸方向就是地层走向。在地形起伏较大的地区,倾斜岩层的露头线变成折线状的条带影像。这时可沿着河谷的相对两岸、窄分水岭的两边或者两个平行的沟谷谷坡上的岩层露头,选择同一岩层层面上高程相等的两个点,其连线即为岩层的走向线,向岩层倾斜方向作走向线的垂线,即得到岩层倾向线;然向利用地形图或通过图像经纬线确定像片上的真北方向,测量出走向线和倾向线的方位角。

当沟谷与岩层走向近于垂直时,根据构造地质学中的“V”字形法则来判断岩层倾向应当慎重。

(三)岩层倾角的测定方法

测定岩层倾角大小的测定方法有多种,下面介绍两种常用的方法:

1.目估法

可以依据遥感图像上岩层三角面的形态特征目估岩层产状。在其它条件相似的情况下,岩层三角面的高(即三角面顶点到底边垂线的长度)愈长,岩层倾角愈小(图8-3)。也可以据岩层三角面顶角的大小来判别,岩层倾角较小时,其顶角也较小。目估法只能定性地判定岩层倾向及倾角大小。通常把水平岩层、缓、中等及陡倾斜及近直立岩层的倾角定为<5°、5°-20°、20°-45°、45°-80°、>80°。利用航空像片目估产状时要尽量选用在图像中心处的岩层三角面,以减小中心投影产生的误差。

图8-3 用岩层三角面的影像特征判别岩层倾角

2.立体模型测量法

这种方法需用航空像片立体像对。首先在立体镜下观察出立体模型,从像片中心(即靠近像主点附近)露头良好地段选定一个岩层三角面,然后用一小三角板(硬纸板)贴着立体模型中所测量的岩层三角面逐渐变化三角板的倾角,直到确认小三角板很准确地模拟出所测岩层三角面的产状时为止。然后用量角器测量小三角板与像平面间的夹角,即为该岩层三角面的视倾角。由于立体镜下的光学立体模型在垂直方向上有夸大,所以量得的视倾角要经换算才是真倾角。换算首先要知道垂直夸大系数K,它是一个立体模型垂直比例尺与水平比例尺的比值,取决于航摄仪系统和立体观察系统的几何关系,主要与两摄影基站的距离B,立体观察用的两张像片相对定位后像主点之间的间距S、航摄仪焦距f、航高H等多种因素有关。室内解译时,可采用M.H.彼得鲁谢维奇等人推荐的下列经验公式:

遥感地质学

图8-4 真倾角、视倾角及垂直夸大系数的关系

垂直夸大系数K一般为2.5—3.5。图8-4为一种将视倾角换算成真倾角的图表,其横坐标为视倾角,纵坐标为垂直夸大系数,曲线为真倾角。假设垂直夸大系数为3.0,视倾角为70°,则沿横坐标70°线上向上直至纵坐标为3.0处,得一交点,顺曲线方向向上至上边标有真倾角数处所指示的42°,就是换算后的真倾角。

上述测量岩层产状要素的方法,同样适用于在遥感图像上求其它地质构造面(如断层面、节理面、不整合面等)和岩脉、矿脉等的产状要素。

岩层产状要素的解译是大量的、非常重要的基础性解译。它是构造与岩性识别与编图的基础。由于岩性、地形及成像方式的不同,岩层和岩层三角面在遥感图像上影像特征会有很多变化,作产状(尤其是倾向)解译时要慎重和充分应用地质知识和解译技巧。

㈣ 怎样用全站仪进行道路横断面测量

测量的时候可以在中桩处架好仪器对中整平后瞄准垂直于路线的横断面方向，指挥菱镜手在每个变化点处立杆，测量出距离和高差（或直接测量高程）既可。

测量的就是中桩两侧原地面每一个变化点相对与中桩的高差和平距。那么说到测量高差和平距正好是全站仪的功能所在，所以测量起来也特别方便，而且对于高差较大，地势险峻的地段其优势尤为突出。

(4)3种断层数据的测量方法扩展阅读：

着电子测距技术的出现，大大地推动了速测仪的发展。用电磁波测距仪代替光学视距经纬仪，使得测程更大、测量时间更短、精度更高。人们将距离由电磁波测距仪测定的速测仪笼统地称之为“电子速测仪”（Electronic Tachymeter）。

然而，随着电子测角技术的出现。这一“电子速测仪”的概念又相应地发生了变化，根据测角方法的不同分为半站型电子速测仪和全站型电子速测仪。半站型电子速测仪是指用光学方法测角的电子速测仪，也有称之为“测距经纬仪”。

这种速测仪出现较早，并且进行了不断的改进，可将光学角度读数通过键盘输入到测距仪，对斜距进行化算，最后得出平距、高差、方向角和坐标差，这些结果都可自动地传输到外部存储器中。

㈤ 断裂（层）及其活动性调查

活动断层的定义随不同国家与地区及不同学者而有所不同。目前学界尚无统一标准。断层的活动具有时代性的消长，我国地质学界和工程地震学界普遍认为，活动断层是指晚第四纪以来有活动的断层。但由于各地区的地质环境不同，研究程度不同，各学科的研究目的和研究方法不同，使得国内外学者对活动断层的含义和时限认识也不尽相同（徐锡伟等，2006；景彦君等，2009）。

断裂构造可能会成为CO₂泄漏通道，需要对断裂构造的特征进行调查。如存在活动断裂，可能会引起地层断裂、诱发地震的危险，对CO₂地下储存库危害较大，因此必须开展断裂及其活动性调查。

（一）断裂调查

1.调查方法

采用大、中、小构造相结合，遥感解译与实地观察相结合的方法，首先确定断层是否存在，然后进一步收集有关资料。当已知或怀疑有断裂时，所需的调查应包括地层和地形分析、大地测量和地球物理调查、槽探、钻孔、沉积物或断层岩的年龄测定、当地的地震调查和任何其他用以弄清运动最近发生时间的适用技术，对在照片上由遥感成像显示的一切线性地形特征等，均应进行足够详细的调查，以解释它们的成因。

断层证据主要有：

1）地貌标志（断层崖、断层三角面、错断的山脊、水系、泉水的带状分布等）；

2）构造标志（线状或面状地质体的突然中断和错开、构造线不连续、岩层产状急变、节理化和劈理化窄带的突然出现、小褶皱剧增以及挤压破碎、擦痕等）；

3）地层标志（地层的缺失或不对称重复）；

4）岩浆活动和矿化作用（岩矿、矿化带或硅化等热液蚀变带沿一条线断续分布）；

5）岩相厚度标志（岩相和厚度的显着差异）。

2.调查内容

1）断层两盘的地层及其产状变化；

2）断层面产状（直接测量、根据断层“V”字形法判定，借助于伴生构造判定）；

3）断层两盘的相对运动方向（主要根据两盘地层的新老关系、牵引褶皱、擦痕、阶步、羽状节理、两侧小褶皱、断层角砾岩等）；

4）断层破碎带的宽度；

5）断层岩类型；

6）断层的组合形式（如正断层的地堑和地垒、阶梯状断层、箕状构造、逆断层的单冲型、背冲型、对冲型、楔冲型、双冲构造）。

（二）断裂活动性鉴定

1.断裂活动性鉴定对象

断裂活动性鉴定的对象是“主要断层”，一般是指：

1）区域地震构造图上有标示的区域性断层；

2）长度大于10km或大于15km的断层；

3）对其活动时代的认识有分歧，并且可能影响到场地地震危险分析结果的断层；

4）晚更新世以来有活动迹象的断层；

5）通过场址区并且与工程场址区安全性评价相关的断层；

6）与破坏性地震特别是M≥6级地震在空间位置上相关的断层；

7）与现代小震密集活动或条带状分布相关的断层；

8）可能延伸到近场区内的活动断层；

9）指向工程场地，并且可能对工程场址区安全性评价有所影响的断层。

2.活动性鉴定内容

1）断层的活动时代。断层活动时代的鉴定是判定该断层是否是发震构造，是否对场址区拟建工程产生重要影响，不能改变路由的管线工程是否采取相应的抗断措施的主要依据。

2）断层的活动性质。对于活动断层而言，其活动性质是划分相关潜在震源区并确定其震级上限的重要依据。潜在震源区范围与边界的确定，与活动断层的性质（包括产状）密切相关。在近场区发震构造评价工作中，应通过野外现场调查或采用成熟技术方法的探测，查明活动断层的活动性质，鉴别出正断层、逆断层、走滑断层、正－走滑断层、走滑－正断层、逆－走滑断层、走滑－逆断层等。

3）断层的运动特性。断层的运动包括“蠕滑”和“黏滑”两种特性。以地震的方式释放的能量往往只占活动断层应变积累的一部分。

4）断层分段性。断层的分段性是确定相应潜在震源区边界及其震级上限的主要依据。断层的分段性研究包括活动性分段和破裂分段两方面的内容。

活动性分段主要包括活动时代与活动性质分段。断层活动时代的差别是断层分段性活动最为显着的标志，在调查中，应当首先加以鉴别，判定“活动的段落”和“不活动的段落”。对于活动的段落，还应视工程的需要和可能性，进一步对其最新活动时代以及活动性质的差别加以细分。

破裂分段是一项难度很大，专业性更强的具有研究性的工作。由于它具有较大的不确定性，只有在工程必需的情况下，可进行专题性研究。

3.活动断裂调查鉴定技术

对目标区内的活动断裂进行详细探测和定期观测，调查其规模、性质、方向、活动强度、特征、地貌地质证据及其活动规律，并初步评价各活动断层的地震危险性。调查过程中应安排槽探、浅井工作，必要时施以地球物理勘探等手段，并采集样品进行地质年代测试。

我国活动断裂调查及研究方法研究较为成熟，调查研究技术手段有地球化学异常、地球物理异常等，并且尝试给出最佳的组合方法。邓起东等（2007）指出小间距钻探和槽探是研究断层新活动的有力手段，可以揭露活动断层最新活动和古地震错动历史的最好技术，并且中国地震局《活动断层探测（DB/T15—2009）》中给出了槽探、钻孔探测的精度适用范围及技术要求，《工程场地地震安全性评价》（GB17741—2005）也介绍了活动断裂调查鉴定技术。

1）进行主要断层活动性鉴定，应以地质地貌学的调查分析方法为主。在进行地质地貌调查与分析时，应注意：

①宏观人手。如断层所在地区的新构造活动背景、断层与第四纪新地层的关系、断层与地貌面的关系、断层的构造地貌特征等。

②微观取证。仅根据宏观现象说明断层的活动性是不足取信的，应选择典型地段和典型部位，通过现场调查，获得断层活动性确切的地质地貌证据。

③精细分析。对于活动断层，应采用断层地貌分析、断层活动性参数确定、古地震探槽、活动性分段、活断层填图、新年代学测定等多种技术方法进行现场调查取证，必要时进行活断层填图，详细鉴定其活动性；

④综合判定。应综合地震活动性、现代构造应力场等不同学科的资料，综合断层活动性的宏观及微观资料，进行断层活动性的综合判定。

2）断层最新活动时代的鉴定，在很大程度上要借助甚至依赖于新年代学测定技术。年代测定方法选择上应因地而异，有所侧重，同时又尽可能采用多种方法进行综合测年。一般来说，对有第四纪地层出露的地区，可采用放射性碳（14C）法、释光法、孢粉分析法；对基岩地区的断层泥的测年可采用释光法、电子自旋共振（ESR）法、钾－氩（K-Ar）法和电镜（SEM）扫描法等。

3）在覆盖区，已有资料不能确定已知主要断层的活动时代时，应选用地球物理、地球化学、地质钻探和测年等手段进行勘查。隐伏断层的活动性鉴定一般应遵循以下步骤：

①进行隐伏断层位置的初步探测。根据航、卫片判读和已有的地质、地貌、化探、物探、钻探资料进行综合分析，初步推测断层的位置、延伸和展布形态，然后选择适宜的探测手段，布置探测路线。

②进行隐伏断层的综合探测。在初步推测出断层的大体位置后，进一步按照先粗后细的原则，选择合适的物探或化探方法，初步确定断层位置。再进行浅层物探，如浅层地震勘探、地质雷达等，以查明隐伏断层的确切位置和断距。

③根据具体情况进行钻探和槽探，进一步帮助确定断距、断面、断错地层及上覆地层，并采集合适的样品，综合分析其活动性。

㈥ 地质剖面的测量及制图

测量地层剖面是了解一个地区地层组成及分布情况的重要方法。本节将系统介绍地层剖面测量的基本方法。除地层剖面外，地质剖面的测量还包括岩体剖面和构造剖面等，虽然它们反映的内容各不相同，但测量方法与地层剖面是相同的。

一、实测地层剖面的目的

实测地层剖面的目的是划分地层，建立地层单位，确定填图单元。根据划分依据的不同，可以有岩石地层单位、生物地层单位、年代地层单位、磁性地层单位、化学地层单位等多种类型的地层单位。其中岩石地层单位是最基本的地层单位，任何地层间隔，都要首先毫无遗漏地划分出岩石地层单位，岩石地层单位的“组”是地质图的基本成图单位。详细研究岩石地层单位的组成、结构、基本层序是实测地层剖面工作中的重要内容。同时还必须研究古生物化石在剖面中的分布情况，以便建立生物地层单位及结合其他地质年代资料建立年代地层单位。根据地层其他方面的物质特征，还可以建立起其他相应类型的地层单位。

二、实测地层剖面线的选择

剖面应选择在地层层序完整、露头连续、构造简单、化石丰富、岩性组合和厚度具有代表性，且易于到达的地区。除此之外，还应注意:

(1)实测剖面线的方位应基本垂直于地层或主要构造线走向，一般情况下两者之间的夹角不宜小于60°。

(2)实测剖面的比例尺应根据规范要求及施测对象的具体情况而定。常用的比例尺为1∶100～1∶2000。由于现在的工作更加细致，常采用较大的比例尺。在剖面图上能标定为1mm的单层，均可在实地按相应比例尺所代表的厚度划分出来。如当比例尺为1∶1000时，出露宽度超过1m的地层体就要划分出来。在剖面图上小于1mm，但具有特殊意义的单位(如标志层、含矿层等)，可放大至1mm表示。

(3)剖面要尽量保持完整、连续。当剖面需要平移时，最好沿着某一标志层进行平移，并在图上注明平移方向和距离。

(4)剖面的起点与终点应作为地质点标定在地形图上。

三、实测地层剖面的野外工作

(一)测量导线方位、导线斜距及地形坡度角

此项工作由前、后测手完成。实测剖面前，要先确定野外总导线方位。前、后测手沿这一方位延伸导线。测量时，一般采用罗盘测量导线方位和地形坡度角，用皮尺或测绳丈量地层斜距。测量后将测得的数据连同坡度的“+”或“－”号一同报告给记录人员。沿导线延伸方向，上坡时坡角为“+”，下坡时为“－”。

(二)分层

实测地层剖面以“层”作为基本描述单位。要将地层剖面连续地划分为一系列不同的“层”，而加以描述。“层”可以是单一岩性，也可以是由不同岩性组成的复合层。垂向上岩性的任何差异都可以作为分层标志。“层”的内部基本连续，与邻层明显可分，通常以自然岩性厚度作为分层规模的下限，对于特殊的岩性层，如正常沉积岩中的火山碎屑岩夹层、含矿层和化石富集层等应单独分层。

分层人员需将分层的结果及时通报给组内其他人员，并在分层处用红油漆作上标记。

(三)描述

沉积岩区新的填图方法对地层的记录描述提出了更高的要求。除了对岩石本身成分、结构、构造的详细描述外，还应特别注意对地层中一些具有指相意义的生物实体化石、遗迹化石、特征矿物以及地层本身几何形态、空间叠覆关系的描述。另外，新方法要求在野外实测剖面时，一定要现场算出厚度，画出柱状图，并用各种约定的符号标注采样位置、编号及观察到的现象，以便及时掌握各地层单位基本层序的变化情况。柱状图中的岩性花纹可以暂不填满，只画特殊沉积岩的花纹，其比例尺亦可逐层不一。野外实测地层剖面记录格式如图5-25所示，常用岩性图例符号见附录二。

图5-25 实测地层剖面记录格式

野外记录的重点内容:

1.岩性

分层的岩性，可用颜色+层理+结构+成分命名方式予以概括，例如:紫红色厚层细粒石英砂岩。然后再补充描述具体特征。除了对岩石的成分、颜色详细描述外，要注意对原生沉积构造的观察记录，包括“层”的形态、层理类型、单层厚度、各种交错层理、滑塌变形、液化变形、压实变形构造、原生与次生孔洞、生物潜穴、帐篷构造、层纹石或叠层石;层顶面的波痕、冲蚀痕、干裂或水下收缩裂隙、生物遗迹;层底面的各类印痕、印模等，均需全面观测描述，主要的现象要进行素描和照相。

2.化石

化石既具有年代意义又是良好的沉积环境指示物。所以，必须加强对沉积岩中所含化石的研究，至少要描述肉眼能分辨的化石的门类组合特征、个体形态、保存状况、分布状态及其与岩性和沉积构造的关系、排列的优选方位和遗迹化石的类型等，每个化石采集点的层位，特别是首现和末现位置均需测量记录。

3.古流向

古流向资料对研究沉积环境、沉积物供应方向、古地形坡向和岩石地层单位的形态和延伸方向等有重要意义。扁平砾石的叠瓦状排列、定向排列的长条形颗粒和生物化石、斜层理、波痕、沟槽模、水道构造、原生滑动变形构造等，都可用来测定古流向。古流向可以在野外直接测量，也可以在获得有关参数的基础上用投影网换算。简便易行的野外一次量测法，是用具有一条直线边棱的非磁性平板，使边棱沿岩层走向将板贴置于层面上，先在板上标出自然差别的古流向方位线，然后将此板以岩层走向那个边棱为轴转至水平，再量板上新标流向线的方位，即为岩层水平状态时的古流向。此方法仅适用于褶皱无倾伏的情况，如有倾伏，应再消除褶皱倾伏角的干扰。

4.岩层间的接触关系

对于岩层间的接触关系，要弄清具体特征。对于连续沉积的岩层，要注意岩性如何渐变过渡;不连续的沉积界面，应注意其形态(平整的、起伏的、有无印痕或印模)，上、下岩层是否交切，有无底砾岩与风化壳，并查清不连续的原因。怀疑有不整合时，除了接触关系特征外，还要注意在临近界面上下寻找确定地层时代的依据。

(四)标本和样品采集

实测地层剖面过程中要系统采集标本和样品，如岩石、古生物标本，化学分析、人工重砂样品等。标本和样品采集时的技术要求及稀密程度要视不同的标本和样品而定。如古地磁样品要定向采集，古生物标本采集后要用纸和棉花包裹，以防磨损。

采集的标本和样品一定要准确编号，注明所采位置。有关数据要及时报告给记录人员，填入表中，描述人员也要将这些数据纳入记录内容，以便核对。另外，标本采集人员，应逐层测量岩层产状。

(五)填写记录表格

登记人员要将导线编号、方位角、地层斜距、坡角(±)、产状、分层数据、标本号及产出位置、名称等准确无误地填入预先制定的统一格式的表格中(表5-5)。

(六)绘制草图

野外要绘制导线平面图和投影剖面图。

1.导线平面图的绘制方法

首先，选定比例尺。然后以图纸的横线作为野外总导线方位，在图纸上按分导线方位截取出每一导线的水平距(根据导线斜距及地形坡角按公式D=Lcosβ求出，也可用投影法作图求出)。将导线起止点标好序号，按照导线的顺序依次作出。在各导线上，按照分层水平距离标出各分层位置，按地层沿走向的延伸情况及坡向画出分层符号。每层内要标注分层号，标出产状符号。以此种方法连续画出各导线上的内容，直到剖面终点。如果中途需要平移，应在图上注明平移方向和距离。

2.剖面图的绘制

绘制剖面图草图的目的是反映地形变化的细节以及为清绘剖面图提供参考。

剖面图草图一般采用展开法绘制。在平面图下方的适当位置绘制剖面图草图。此时，图纸的横线即为水平线，竖线则为标高。

表5-5 实测地层剖面登记表格式

确定剖面的起点后，按照地形坡度角由起点作一射线(可以不实际画出，而用三角板或直尺带有刻度的一侧边代替)，在其上按比例尺根据第一导线的斜距找出第一导线的终点，此点的标高代表了第一导线终点处的标高。根据地形的实际变化，用一条曲线把起点和这一终点连接起来，即获得了第一导线经过处的地形近真迹线。在地形线上根据各分层的斜距标出各分层。依此方法将第二导线的起点(第一导线的终点)和终点按实际地形连接起来，就可得到第二导线经过处的地形近真迹线。如此循环就可得到整个剖面的地形近真迹线，在地形线上标上分层符号、层号、产状、岩性花纹、采样位置、重要地物标志。这样就构成了一张野外地层剖面草图。

四、实测地层剖面资料的室内整理及制图

(一)野外原始资料整理

室内工作的第一步是核对野外获得的各项数据，各项数据要做到准确无误。标本编号与记录要一致。要将各种原始记录编号造册登记。标本、样品采集人员应将标本按层位排开，仔细核对之后，在标本的适当位置涂上白油漆，将编号写在上面。

(二)岩层厚度计算

新的填图方法要求岩层厚度计算和柱状剖面图的绘制在实测剖面的过程中就地完成，考虑到学生实习的实际情况，上述工作也可在室内完成。

岩层厚度的计算方法有查表法、图解法、赤平投影法和公式计算法，常用的是公式计算法(表5-6)。

表5-6 剖面数据计算表格式

地层厚度应分层计算，计算方法可利用利昂诺夫斯基公式:

D=L(sinα·cosβ·sinγ±cosα·sinβ)

式中:D为岩层厚度;α为岩层倾角;β为地面坡角;γ为剖面导线方向与岩层走向间夹角;L为岩层地面斜距。

式中加、减号的取舍与地面坡向和岩层倾向的相互关系有关，而与坡角的“+”、“－”无关(坡角的“+”、“－”在计算高差时考虑)。当岩层倾向与坡向相反时用“+”，相同时用“－”。

如图5-26所示。假设图5-26代表了近于垂直于岩层走向的一个地层剖面，在山坡的左侧时厚度公式为:

D=L(sinα·cosβ·sinγ+cosα·sinβ)

在山坡的右侧时厚度公式则为:

D=L(sinα·cosβ·sinγ－cosα·sinβ)。

图5-26 地面坡向、岩层产状与岩层厚度的关系

(三)实测剖面图的制图

实测剖面图的制图方法，通常有展开法和投影法两种。当剖面导线方位比较稳定，转折较少时，多用展开法作图;当导线方位多变，转折较多时，则宜用投影法作图。

1.用展开法绘制实测剖面图

用展开法清绘实测剖面图时，不需要绘制导线平面图，绘制方法同草图。

绘制地质要素时要注意，多数情况下，地层走向不会完全同实测剖面线的方位垂直。因此，在绘制岩性花纹时，需要进行真倾角和视倾角的换算。除夹角大于80°可忽略不计外，凡剖面方位与地层走向夹角小于80°时，都应按视倾角绘制岩性花纹。用展开法绘制实测剖面图，方法简便，但是由于将转折的导线展开，在地质剖面图上夸大了地质体的实际宽度。

2.用二次投影法绘制剖面图

(1)确定总导线方位。要对野外确定的总导线方位进行校对，将野外导线平面图的起点和终点的连线方位确定为总导线方位，以箭头的形式标绘在图纸上方的一侧。

(2)以图纸的横线为总导线方位，在图纸的上半部绘出导线平面图。绘制方法同草图(一次投影)。

(3)在平面图的下方选择一条横线作为剖面图的投影基准线，将导线平面图上的导线分界点，垂直投影到这条基准线上，根据各导线终点处的累积高差，参考野外草图，勾绘出地形线。将各分层界线、地物标志等相应地投影到地形线上(二次投影)。

(4)绘制地质要素，在根据地层的产状绘制岩性花纹时，其要求同展开法。在没有断层分隔的非角度不整合地层序列内，在不同产状的两点之间，地层的产状应是逐渐变化的。岩性花纹绘制完成后，将分层号、产状、化石层位、典型地物依次标绘在图上，写上图名、比例尺，就构成了一张完整的剖面图(图5-27)。

图5-27 实测剖面图的格式(按投影法)

(5)在投影法作图的过程中，为了更加准确地反映地层界线的空间延伸情况，地层界线的第二次投影也可以采用沿岩层走向投影的方法。作法是:在导线平面的居中位置选一条横线作为投影基准线，将各分导线上经过一次投影后的地层分界点按地层的走向延伸，与投影基准线相交，这些点即为地层分界线在基准线位置上的理想出露点，将这些点垂直下移到地形线的相应位置上，作为剖面图上地层的分界点，分界点之间画上相应的图饰即可。

(四)柱状剖面图的编制

实测地层剖面的成果资料是地层柱状剖面图，它可综合反映地层厚度、层序、岩性、接触关系、古生物、矿产等资料。柱状剖面图所反映的内容要全面、详实，对各分层的描述要有概括性，简明扼要。

柱状剖面图的常见格式见图5-28。

图5-28 柱状剖面图格式