A. 用罗盘测定线状和面状构造的产状要素
地质构造可分为线状和面状构造两种基本类型。例如褶皱的枢纽和轴迹、岩层面及节理面和断层面的走向，以及擦痕线、流线等均为线状构造。岩层层面、褶皱轴面、节理面、断层面、流面等均为面状构造。无论是线状还是面状构造，它们在空间的位置都可以用其几何要素加以表示。如表示线状构造的侧伏向和倾伏向、侧伏角和倾伏角，表示面状构造的走向、倾向、倾角等，测量这些要素归纳起来就是方向测定和角度测定问题。现仅就用罗盘量测线、角问题加以介绍。
1. 线状构造的量测
水平线状构造 包括岩层面走向，褶皱轴面、节理面、断层面、劈理面的走向，水平褶皱枢纽以及断层水平擦痕等。它们的共同点是既位于某一构造面之中，又位于水平面之中。在利用罗盘测定这种水平线状构造时，只需准确认定所测构造面 ( 如岩层层面) ，将罗盘的长边棱线与所测构造线贴紧并使水平泡居中，读出磁针所指的读数，即为走向的一个方向 ( 图 1-8) 。由于走向有两个方向，磁针的另一端读数为走向的另一个方向，两者相差 180°。这里必须说明的是，两个走向读数所指的方向如何和实际方向对应起来，对于初学者来说一定要从道理上搞懂。当把罗盘上的南北与地理南北一致起来 ( 磁偏角忽略不计或罗盘经过校正) ，这时磁北针指北、磁南针指南，如果把罗盘调换 180°，这时磁南针对准罗盘刻度环上的北，磁北针对准罗盘刻度环上的南。这一现象说明，罗盘刻度环上北所指的地理方向和磁北针的读数一致 ( 图 1-9) 。因此可得出结论: 罗盘刻度环上“北”所指方向为磁北针的读数，罗盘刻度环上 “南”所指方向为磁南针的读数，且这一结论适用于用罗盘量测任意方向。在有些教材或文献中强调磁北针的读数为走向，没有说明是走向的哪个方向，给初学者带来许多不便和概念上的混乱，值得注意。
倾斜线状构造 包括岩层的倾斜线、倾伏褶皱枢纽线、断层倾斜擦痕线等。它们的特点是线状构造在空间是倾斜的，为一条由高到低的射线。这表示倾斜线状构造的一个要素是它的倾斜方向，即倾向或倾伏向。不论是岩层的倾向还是枢纽或擦痕的倾伏向，它们都是各倾斜线状构造在水平面上的投影线。因此它们只有一个方向，即由高到低的方向。用罗盘测量它们的倾向或倾伏向时，首先应认定该线状构造由高到低的方向，将罗盘的长边与其平行，然后沿包含该线的铅垂面抬起罗盘低的一端至水泡居中时，再观察罗盘抬起端刻度环的基础方向是北还是南。如果是北，读磁北针所指读数; 如果是南，则读磁南针所指读数 ( 图 1-8) 。不管是哪种情况的读数，它们的结果都是一样的，即为所测线状构造的倾向或倾伏向。
图 1-6 根据一个已知目标确定相对位置
图 1-7 根据两个已知目标确定相对位置
图 1-8 罗盘测量产状方法示意图
图 1-9 罗盘确定方向读数的原理
2.面状构造的量测
根据几何学可知，两条相交的直线可确定一个平面。因此任何面状构造都可用它们的走向线和倾斜线加以表示(测量方法前已述及)，但它们的空间位置并未完全固定。如果其平面和水平面的夹角已定，则其平面的空间位置被确定，因此还必须测定它们的倾角。不论是倾角或是倾伏角，其测量方法相同。首先将罗盘长边竖直放在倾斜线上，转动倾斜仪，使倾斜仪上长水泡居中时所指示的角度值即为倾角或倾伏角(图1-8)。
对于面状构造的倾角，如岩层倾角、节理面倾角、轴面倾角等等，一般均要求测定它的真倾角(真倾角最大)。所以在量测时，最好沿构造面上的一点适当旋转罗盘，取其角度最大的，或在测量面上用砂土、小碎石或滴水的方法，沿砂、水下流方向测得的倾角往往是真倾角。
各种产状要素测定之后，要及时记录在野外记录簿上。由于倾向和走向相差90°，为节省时间，也可只测或只记倾向和倾角，其记录格式为:105°∠25°。
3.用罗盘测定线状和面状构造的产状要素时应该注意的问题
用罗盘测量线状或面状构造时，应注意以下几个问题:
◎测点附近应避免附近有铁制器件，如地质锤、铁镐、铁铲等，矿井下应避开金属支架、铁轨、电缆等，避免影响磁针指向而发生误差。
◎不论是测定方向或是测定角度，应在水泡居中、磁针稳定后再读数，且读数应及时记录或填绘在图上。
◎要准确识别所测的是线状构造或是面状构造。当构造面有覆盖物时，应进行清理后再进行量测;当构造面不平整时，可以用纸板、记录本等平整物放在所测面上，然后在平整物上量测。一般倾斜岩层应选择向上的层面，如有与上层面平行且暴露良好的向下层面也可以测量，但需注意罗盘的读数。
◎对于节理面、劈理面、流面等，由于比较闭合又没有充分暴露出来，沿裂面可插入硬纸片，然后在硬纸片的外延部分量测。
◎为准确测量各种要素，可以反复多测几次或多人进行量测，取其多数者或取其平均数作为实测结果。
B. 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。