A4 · 出版卷 5

面与线的产状：走向、倾向、倾角、方位与倾伏

面和线的方向表示、右手法则和三维直觉

学习目标

学完本课后，你应能描述面状和线状构造，使用明确的右手法则约定，检验线能否位于某一面内，并识别产状数据的常见歧义。

产状描述几何，不直接描述成因

层面、断层面或片理可以在局部近似为平面；褶皱轴、矿物线理、擦痕或交线可以近似为直线。产状只记录几何，不会单独证明原始向上方向、断块运动方向或构造形成过程。

面状构造产状

走向是面上水平线的方位角；倾向是面上最大下降方向的方位角；倾角是沿最大下降方向自水平面向下量取的角度，范围为 0°–90°。对于理想平面，走向与倾向相差 90°。

本书采用右手法则：沿记录的走向看去，平面向观察者右侧倾斜。因此 035/48 表示走向 035°、向 125° 方向倾 48°。其他约定同样存在；如果数据集没有写明约定，它就是不完整的。

另一种写法直接记录倾向/倾角，例如 125/48。不能在未转换时把右手走向列与倾向列合并。

线状构造产状

方位是线向下延伸方向的方位角；倾伏角是线在水平面以下的角度，范围同样为 0°–90°。方位 125°、倾伏 32°的线可记为 125/32。水平线常具有双向等价性，应说明约定；完全垂直的线没有唯一方位，存入任意方位会制造虚假信息。

测量与检查

测量前先确定实际对象和观测面。粗糙露头上可能存在多个局部小面，应进行多次测量、记录离散程度，而不能挑选最符合预期地图的数值。

基本检查包括：

• 倾角应在 0°–90°；
• 倾伏角应在 0°–90°；
• 在声明的右手约定下，倾向应约等于走向加 90°；
• 被认为位于某平面内的线，其倾伏不能大于该平面的真倾角；以及
• 与走向平行的线在理想平面内倾伏为 0°。

视倾角

在竖直剖面上看到的平面坡度通常是视倾角，只有剖面垂直走向时才等于真倾角。若真倾角为 \alpha，剖面方向与走向的水平夹角为 \theta，则

\tan\psi=\tan\alpha\sin\theta

其中 \psi 为视倾角。若夹角改为相对倾向量取，则使用余弦形式，必须说明角度定义。

真倾角 40°、剖面与走向夹角 30°时：

\psi=\arctan(\tan40^\circ\sin30^\circ)\approx22.8^\circ。

斜交走向的剖面必须显示比真倾角更缓的角度。

线能否位于这个面内

假设平面走向 000°、向东倾 30°。面内向东的线倾伏 30°，向北的线倾伏 0°，中间方位具有中间倾伏。若记录到一条向东倾伏 45°的线，它不可能在测量容差内位于该面上。问题可能来自转录错误、两次测量对象不同，或“线位于面内”的假设错误。

产状不确定性

自然表面通常粗糙或弯曲。代表值必须带有空间支撑。“层理 035/48”可能来自 10 厘米小面，也可能概括 50 米褶皱翼，两者不能等同。记录应包括重复次数、范围、表面粗糙度、仪器分辨率，以及数值是直接测量还是由多个点计算。

褶皱层理的平均产状可能没有地质意义。应先绘制各个数值并识别聚类或环带，再决定是否求平均。

实践调查

用硬纸板模拟平面。画出水平走向线，倾斜纸板并标出倾向线。用第二张竖直纸板沿多个方向切过该面，描出交线并测量视倾角，验证垂直走向时角度最大、平行走向时为零。

再在倾斜面上画一条线，测量其方位与倾伏，并用赤平投影或向量计算检验该组合是否可能。

常见失败方式

• 记录走向却不记录倾向或约定。
• 把垂直面的两个相反走向当成两个不同面。
• 混淆方位/倾伏与地图上的方向/坡度。
• 测到地形坡度而不是地质倾角。
• 在斜交剖面上直接绘制真倾角。
• 仅凭线理推断运动方向。
• 把两个褶皱翼的产状直接平均。

掌握检查

1. 把右手法则 210/55 转换为倾向/倾角。
2. 真倾角 60°、剖面与走向夹角 20°时，视倾角是多少？
3. 倾伏 50°的线能否位于倾角 35°的面内？
4. 为什么完全垂直的线没有唯一方位？
5. 粗糙表面的代表性产状应附带哪些信息？

来源与延伸阅读

• USGS，*Apparent Dip Calculator and Derivation*：https://pubs.usgs.gov/publication/tm7C28/full
• FGDC，*Digital Cartographic Standard for Geologic Map Symbolization*：https://ngmdb.usgs.gov/fgdc_gds/geolsymstd/download.php