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三、地质素描
　　1.地质素描的优越性
　　前面已经提到，摄影有许多缺陷（或者说受限制）的问题，运用素描的办法差不多都可以得到弥补和解决。比如素描不受天气的限制，不受镜头取景范围的限制，不受近景清楚、远景模糊的限制等等。更重要的是，当我们分析某种地质现象并认为哪些特征应该强调，哪些附属物或近旁的草木可能对这些特征有所干扰而应该排除时，若用照相的办法，忠实于客观景物的复制，会有“鱼龙混杂”、“喧宾夺主”之嫌，收不到理想的效果。若用素描技术处理，完全可以根据观察者的需要，对地质体的各种形象与特征，对附近的景物等有所取舍，该强调哪些，该精简哪些，都可以凭自己的运笔而描绘。比如说，当我们在野外的岩层露头上看到有两三组颇有意义的节理，需要给予摄影，而这些节理的裂缝中长满杂草，摄下来的照片肯定看不清节理特征。此时，若用素描技术处理，就可以解决这个矛盾了。我们可以有意识地不画或少画那些干扰节理特征的杂草，而将这两三组不同方向的节理画得清清楚楚。像这样的处理，并没有歪曲地质体的客观事实，倒是更清楚地强调了客观实际，这是完全合理的。
　　又比如在野外遇上大型脊椎动物化石，为了研究它的埋葬特点，很需要有一幅能表达其实景的照片或画图。但由于骨骼上沾满碎石污泥，若用相机摄影，这许多附属物必然完全摄入镜头，致使骨骼的轮廓带来模糊不清的形象，如用水冲洗或揩抹干净，费事费工，还不见得满意。此时如用素描的办法来处理，可以有意识的把骨骼上的附属物舍去，将骨骼的轮廓画得清楚些。
　　再如画一幅视野广阔的地貌图，比用相机拍摄要好，它可以把远山远景的轮廓清晰地表达出来。如此等等，不胜枚举。由此可见，素描对于地质工作者是一项十分重要的技术。
2.地质素描的基本常识
　　何谓素描？简单他说，一句话：单色作画。也就是运用单色线条在平面上勾画出景物的立体形象。
　　何谓地质素描？从地质观点出发，运用透视原理和绘画技巧来表达地质现象或地质作用的画幅。在野外勾画的素描，往往要求在较短的时间内完成，通常就在野外地质记录本上画，不可能精工细画，也可称为地质素描草图。以铅笔作画较多，如技术熟练，用笔有把握，也可用钢笔作画。
　　作素描图的最基本要求，必须懂得透视原理，或者说，必须掌握投影法则，整个画面，就是一张实物的投影图。
　　所谓投影法则，在我们日常生活的经验中都能体会到，比如说远处的山肯定比近处的树高，而当我们站在旷野上，极目远望时，却觉得远山矮于近树。又如公路两侧排列成行的电线杆，每一根的高度，肯定都是相同的。但当我们向电线杆的尽头望去时，只觉得近处的杆子高，向远处挨个儿低下去。
　　再如当我们站在挺直的铁路上向远处望去，两条铁轨好似从平行逐渐向尽头交汇合并起来。
　　如此等等，就是透视现象。从这个现象中我们可以总结出几条规律，可作为素描时掌握之要点：
　　①等大的物体，近者大而远者小，以至消失。
　　②物体等距排列，处于近处之间距较长，而处于远者较短，最后与视平线处于重合。
　　③等高的物体，近者高，而远者低，最后与视平线处于重合。‘④视中线左侧物体，渐远渐偏向右方，右侧者反之，最远处交汇集中于一点。

　　归纳起来，就是：“近高远低，近大远小，近宽远窄，近前远后，近弯远直，近清远蒙（图7.1）。”也可说是实地运笔时应该掌握的基本技法。
　　素描的线条基本上分为两大类：一是轮廓线，这是最主要的线条，用于勾勒景物的基本轮廓，有如建筑物的骨架，因此运笔画轮廓线时，必须抓住景物的关键部位，按透视法则表达之。故轮廓线所表达出来的景物形象，有如一幅速写图（图7.2）。
　　二是阴影线，在轮廓线勾勒的基础上，如何使景物符合“立体感”的形象，必须运用阴影线，而运用阴影线的关键在于表达光线在景物上的明暗差异（图7.3）。运用得宜，景物逼真；运用不善，损伤了轮廓线，甚至景物的形态也无法辨认了。因此，运用阴影线时也需注意以下几个要点：
　　①方向性。阴影线的起伏必须保持与景物表面的起伏一致，掌握“线条随面走，面变线亦变”的原则。
　　②疏密性。线条的疏密是表示光线明暗的办法之一，明处用线要疏，暗处用线要密，最暗时甚至涂黑，尽量符合阳光照射于景物上的实际情况。
　　③灵活性。在注意景物科学性的基础上，要考虑到美化图面，如何合宜地运用阴影线颇有讲究。也就是说，阴影线的长短、疏密、曲直、断续等技法的运用要灵活掌握，以美化和令人悦目为标准。这方面的功夫，只有在素描技巧比较熟练的基础上才能逐步提高。

　　此外，地质素描除了表达地质景物的最基本特征外，有些图幅还可适当配合一些衬托物体，诸如林木、野草、村舍之类。其目的有三：一是作为景物的比例尺，经常作为衬托物之用的有人物、动物之类；二是为了美化图面，不使有孤单枯燥之感，如道路、草木、屋舍之类；三是为了作特殊背景、专门说明某个问题的，如泉水出露、水草丰盛之类。总之，画衬托物时要求考虑构图的整体效果，切忌不适当的堆砌、虚空和不协调等弊病，因此，衬景物也宜选择。
　　3.地质素描的基本步骤
　　地质素描的基本步骤，实际上跟美术素描的基本步骤是相同的。大体如下：
　　①选定素描对象的范围，在白纸上划出需要作画的图框，确定主要地质体的位置，一般放在中心位置上或其他合适的位置上。
　　②安排主要对象和次要对象的大小比例关系及相对位置的关系，在图框内勾出其范围。
　　③勾勒地质体（或景物）的轮廓线，这主要是抓住外形的轮廓——如山脊、河床、陡崖、阶地（台地）的边缘、河岸、层面、大裂隙之类。素描勾勒时，先近后远。近处画得细致、清晰、浓重；远处画得粗略、轻淡、隐约。画轮廓线时尽量注意透视原理来运笔。远近景物交汇之处，应有意识地在图面上留出空隙，使视线有开朗深沉的感觉。
　　④在轮廓线勾勒就绪的基础上，加阴影线。这一步主要是掌握景物形象的立体感，使之逼真如实。
　　⑤适当画些背景或衬托物，用以美化图面。
　　⑥为了清楚地表达图内的内容，可在地质体附近或景物附近标上必要的文字，如村庄名称、地层年代符号或其他地质符号之类。
　　⑦最后写上图名、地名、方位、测量数据、比例尺以及其他必要的说明。
　　⑧通常这类素描图是在野外用铅笔完成的，如为长期保存，需要加墨线的话，则可带回室内再整理着墨。
　　4.地质素描实例
　　地质素描的内容颇多，几乎所有的地质现象和地质作用都可作为猎取之列。按其基本内容，最常见的素描，大致有下列各类：
　　（1）地层素描
　　地层素描多用于剖面图的测制方面，是实测剖面图和信手剖面图的重要补充手段，通常作为近景插图之用。
　　地层素描的对象即地层，包括沉积岩、火成岩和变质岩三大类。因此，首先要注意岩石性质的不同，在素描图上表现出来的内容要点亦应有所差别。比如沉积岩层以清晰的层理为要点；火成岩类以致密块状伴以节理现象为重点；而变质岩系地层则以褶皱及其复杂的微细构造为要点。
　　其次，岩层中的结构和构造特点也应尽量在素描图上表达出来。如岩性软弱的岩层（页岩、泥灰岩、薄层灰岩之类）应描绘出柔曲易褶的特点；刚性较强的岩层（如砂岩、石英岩、火山岩类）应描绘出裂隙发育、块状坚实的特点。
　　若沉积岩层层面上有波痕起伏，岩层露头上可见结核或火成岩体的球状风化等，都需细心运用阴影线方能表达其效果。
　　如遇砂岩中有交错层理发育、序粒层理发育，作局部素描时，可以采用些夸张的技法，使其特征清楚可见，是允许的。
　　如有好几条不同时期或不同成分的岩脉相互穿插时，若单纯用美术技法素描，必然无法分辨它们之间的先后关系，此时，则可创造一些或按地质图例所规定的花纹将这些不同的岩脉分别出来，才能达到科学所要求的效果。
　　地层接触关系的素描，往往是地层素描中的重要内容。如果上下两层间呈现角度不整合现象，素描时容易画得清晰。但如果上下两层间呈整合或假整合接触时，甚至是低角度不整合时，用素描表示出它们的接触关系特点就比较困难了。画得不好，上下两层无差别，看不出发生变化的地质现象，素描就失败了。那应该怎么办呢？这时候，我们应该仔细揣摩假整合面或整合面上的微小变化，将这些微细特征给予必要的夸张，使其明显起来。例如发现有薄的、易揉皱的岩层，或者具有粉末状的风化面、底砾岩、不大平整的岩层面之类，都可以视为夸张的对象，着意加工，使人们看见它就能了解到这是由上下两套不同层位的岩层在此接触的景象。假如在这类接触带上有植物生长，则可借助作衬景托物之用，也是可以的（图7.4）。在图上写一句说明就清楚了。
　　地层的含矿性，必须在素描中正确地表达。由于含矿层在露头上往往与其他岩层的坚硬性有所差异，风化以后显示出凹凸不平的情况，如煤层、石膏层较之相邻岩层易风化剥落，或易溶蚀成凹穴，故素描这些含矿层时，可以着意加工其外形特征，特别在运用阴影线时，尽量使其突出。

　　画地层素描时，最伤脑筋的是：遇到几层岩性差别不大，而分别属于不同时代或不同单位的地层，例如黄土高原上的新生代后期地层基本上是土状堆积物，但分属于不同层位，素描时必须予以分开。若“忠实”地素描，是无法分开的，这样，只好运用不同的花纹代表不同时代（或层位）的土状堆积地层了（图7.5）。一般运用花纹素描时，最好遵照统一的图例符号，不宜随意创新。
　　（2）构造地质素描
　　构造地质素描的主要对象是褶皱、断层、节理及其他构造地质现象。素描时除抓住其外形特征以外，更要注意其产状要素的准确性，这样才能较好地取得直观效果。
　　①褶皱素描。地层发生褶皱，不会是单一岩层发生的，而是成套的、众多的岩层发生褶皱的。因此，素描未动笔前，要先琢磨一下哪一层可以作为“标志层”，以此追索整个褶皱的形态，并确定其褶皱的名称，诸如背斜、向斜、箱状褶皱、伏卧褶皱等等。然后，再仔细琢磨这个“标志层”的岩性特点以及如何表达的素描技法。这样，把这个“标志层”置于图框的合适位置上，按其起伏与延伸方向勾勒出这个“标志层”的褶皱形态。接着，再找次要的“标志层”素描。有这样两三个“标志层”的控制，就可以把整个成套岩层的褶皱格局定型了，或者说，某褶皱的骨架已经勾勒搭建成功了。于是其他岩层就可以顺着这些“标志层”的起伏形态进行素描了，在轮廓线的基础上，加阴影线，图面结构就呈现出来了。当然，“标志层”的素描可以着意加工，其他岩层则作衬托，就像红花与绿叶的关系一样，不能偏废（图7.6）。
　　②断层素描。跟褶皱一样，断层也不会发生在单一岩层中，总是一组岩层一起发生断裂的，所以，素描断层现象之前，也应先找出它的“标志层”。以此追索断层的上下盘及其错动关系，确定断层的形态特征及其名称（图7.7）。

　　当素描断层时，先将断层面（线）画在图框的适当位置内，勾勒时宜注意断层面的产状，特别是倾角的大小、断距的大小及其比例关系，必须尽量符合实际。然后画出“标志层”的上下盘位置，这样，这个断层的性质及其格局就基本上控制住了，画“标志层”时，也宜仔细琢磨一下岩性特征及其运笔时的技巧，要在画面上突出显眼。

　　为了美化图面或强调某一方面的特点，可以画些作比例尺之用的衬景，如人物、房屋、草木之类。
　　如果断层的规模较大，在断层带附近出现拖曳褶皱、断层角砾岩、发育大量岩脉之类，则可以进行选择性的取舍，作删除或夸张的画法，不必拘泥于如数素描，能说明问题就行了。
　　如果断层发生在厚层的、岩性均匀的地层（如石灰岩）中，而其断距不大，很难画清楚它。此时，应注意断层带上的微特征（如断层角砾岩、断层糜棱岩之类）以及断层两壁上留下的错动或位移的痕迹，素描时可以将这些微痕迹作些夸张处理，使其形象清晰。
　　如果有些岩性特征与微构造痕迹仍难以用素描表达，则可在素描图的断层线两侧加上箭头，以示上下盘的动向。
　　③节理素描。节理素描比较容易，特别是岩层露头上的节理素描主要是把几组不同方向的节理表达清楚就可以了。这里，应该注意的是两组以上节理的交角大小画到图上时，应尽量使其符合实际。哪一组裂隙的宽度大些，哪一组裂隙的宽度小些也要符合实际。不过，交角的大小与裂隙的宽度也应符合透视原理，不应不顾景物的远近距离而机械地如实描画。
　　另一方面，我们也应注意节理裂隙与层面或其他缝隙的相互干扰与分别，素描时为了清楚地表达节理特点，可以将其他缝隙排除，轻淡运笔，甚至不画它，这也是允许的。

　　如果在火成岩发育区，柱状节理十分丰富，为了表达其“柱状”的立体感，不妨用俯视角度画（图7.8）。这样，可以兼顾柱体的纵横切面，也就充分表达出两组以上节理的方向及其柱体的逼真形象。不同方向的节理面，宜用阴影线着力表达，使之具有强立体感。
　　（3）地貌素描
　　这是一类视野颇大的素描图，从地质学观点考虑，主要是表现地貌特征与岩石性质、地质构造的关系；有时也为了表达风化、侵蚀、冰川、火山、地震，气候等与地貌的关系，今将几种常用的地貌素描简述如下：
　　①多层地形的地貌素描。多层地形指的是河谷阶地及剥蚀面。这是由于新生代后期大陆地区的地壳运动发生节奏性的升降运动，于是地表的侵蚀作用与堆积作用交替进行，从而出现了由河谷两旁的阶地以及分水岭上的剥蚀面所组成的多层地形。
　　作此类素描图时，首先要判断视野范围内的多层地形有几层？哪些属于阶地的范围，哪些属于剥蚀面的范围？然后考虑取景的范围，把最有代表性的镜头画到图上去。第一步，先用几条淡淡的横线勾画出“多层”的阶地面和剥蚀面，作为全画幅的控制线。第二步，运用透视原理勾勒出山容水貌的轮廓线。第三步，运用阴影线渲染山形、河曲、阶地、剥蚀面的立体形象，使具真实感。近景宜细致，远景可疏淡；陡坡、陡崖、陡坎宜浓影，缓坡平台宜淡影，甚至留白。第四步，衬以树林、村舍、曲径、人物、家畜之类以美化图面。最后可用文字在图面上写些必要的说明，诸如山名、村名之类，使读者一目了然，如亲历其境。据笔者的野外旅行经验，在我国西北黄土高原地区，尤其是在崇山峻岭中行进时，此类地貌素描图很有用处，至少可以减少很多文字记述，而且形象生动，便于直观（图7.9）。

　　②岩性与地貌关系的素描图。此类素描图用于特殊地貌现象居多，例如石灰岩地区，因溶蚀作用而产生的岩溶地貌；如花岗岩或火山岩地区，因岩性坚硬，节理发育而产生陡崖峭壁、群峰林立的“黄山型”地貌或“丹霞型”（广东北部丹霞县境红层地区所见者）地貌。也有如大河谷地两岸，或盆地周围而出现的平丘缓岗地貌之类。

　　动手素描之前，先要确定取景范围与取景角度，怎样能在方寸的纸面上容纳较多的地貌现象。第二步，勾勒出山脊、山坡、水岸、崖壁、洞穴之类的轮廓线。第三步，着阴影线，这是很关紧要的一步，据笔者的体会，可以仿借中国山水画技法的皴法来表示，比如火成岩（花岗岩或其他火山岩）区的地貌，要画出雄峙、峭拔、坚硬、苍健的形态和质感，可以参阅我国传统山水画中五代、两宋的荆浩、关同、李成、范宽、马远、夏圭等曾运用的豆瓣皴、钉头皴、斧劈皴、铁刮皴等技法表现（图7.10）。
　　对于坚硬的、成层性较好的石英砂岩、厚层硅质岩、其他玄武岩、凝灰岩地层，着阴影时可以模仿南宋、李唐山水画中的斧劈皴技法。
　　对于画石灰岩、白云岩及其他具溶蚀性岩石的地貌特征，着阴影线可参考云头皴法、破网皴法、鬼脸皴法、骷髅皴法、弹窝皴法。像“鬼脸皴”表现太湖石的质感——玲珑剔透尤佳。
　　对于画变质岩的地貌特征时，可以仿雨点皴、豆瓣皴、芝麻皴、水斯皴、马牙皴等。
　　这些皴法，在地貌的不同部位上应该交替使用，例如坡台斜面极宜用斧劈皴兼折带皴；而断层崖壁和整个山岳，又宜用矶头皴兼披麻皴；洞穴宜用卷云皴，破网皴等等。
　　为了美化图面，在基本地貌格局完成的基础上，可以适当配上一些树林、房舍之类。
　　③构造地质与地貌关系的素描图。主要是由褶皱、断层构造控制的地貌特点，所以在着手素描之前，先研究清楚此间的构造地貌，是受褶皱控制，还是受断层控制，或者是两者俱备，谁主与谁次之类的问题。然后抓住其中最富有代表性的、典型的构造地貌着笔（图7.11）。

　　比如以褶皱为例，背斜为谷，向斜为山的地貌现象比较普遍；也有背斜为山、向斜为谷的正常地貌现象。在运笔之前，要把岩层在露头上的倾斜方向先抓住，再注意岩层的倾角大小与山坡坡度之间的关系，地层的倾向与山坡的坡向之间的关系。第三步，要善于选择哪一部分地层最能清楚地表示出地貌特征者，即以此为重点解剖构造与地貌的关系，素描时也就以此为重点，把这部分素描画得形象逼真。然后配上其他的相应地层，使在总体上看得出“褶皱山”的地貌景象，也就是说，即使岩层露头不佳，也大体上能从若隐若现、断断续续的露头上看得出褶皱的整体与山形的轮廓关系就行了。
　　第二类与褶皱有关的地貌现象是单面山和猪背山，它们都是单斜岩层组成的山形地貌。单面山的地层倾角在30°以下；猪背山的地层倾角在30°以上。素描时应注意以下几点：A.山坡与地层倾角的关系，顺地层倾向的山坡缓，逆地层倾向的山坡陡。B.陡坡一侧往往暴露出岩层的倾向与倾角的大小；缓坡一侧则不清楚。C.有时在外貌上不易表达此种地貌特征（比如森林或植被覆盖得很密时），则可在山麓切出一块地质剖面示意图，在此处运用地质图例及符号标明地层的岩石性质、倾向与倾角、地层的时代之类，使读者更加清楚。
　　此外，还常遇到未经褶皱的水平岩层的地貌，其主要特征表现为大大小小的平台地形间以深深浅浅的峡谷或沟壑地形，素描此种地形的关键应放在如何表达切割水平岩层的沟谷上，只要把纵横交错的沟谷地形画清楚了，其他地貌景色也就自然出现了（图7.12）。

　　与此类似，还有水平岩层区的穹隆地貌。素描时应注意两点：一是山脉呈环状排列，而水系呈放射状排列；二是穹隆以外的地层保持水平，穹隆内的地层以缓和的倾角表示，地形也以缓坡出现为标志（图7.13）。
　　与断层有关的地貌现象也是相当普遍的，最显著的是断层崖和三角面山（图7.14），此外尚有地垒山、地堑谷、断块山等。
　　画断层崖的主要所在是表现好崖壁的地貌特色，如刀劈斧削。几条纵向的轮廓线是全图的关键，动笔之前，要琢磨清楚。为了表达断崖的立体感，在轮廓线的基础上再加些辅助线。阴影线要稀疏一些，只是在断崖后面的山坡、崖顶、崖麓诸处，则加密一些阴影线，使崖壁显眼。

　　画三角面山，宜作近远结合的透视法素描，三角面以上的山脊和山坡都需要清楚地表达，因为断层通过一系列山坡时，走向挺直，断壁陡立的三角形形象是三角面山地貌的主要特征，三角面的轮廓一定要勾勒清楚。两三角面之间的沟谷要加密阴影线，作为三角面的陪衬。山背，山坡也可用较浓的阴影线。这样，三角面山的地貌特征就能突出醒目了，至于三角面以下的河流、边岸、道路、田野之类，为了美化图面，可适当取舍。
　　地垒山、断块山往往有阶梯状断崖出现，地形作相应的陡坡与缓坡相间。当轮廓线勾好以后，着阴影线时，陡坡宜浓密，缓坡宜稀疏。
　　地堑谷，实际上往往由河谷两岸的两排三角面山及其上的阶梯状断崖构成，素描的方法可以参照上述，不需赘述。
　　④其他地貌素描图。往往是专门性的地貌素描，比如火山地貌，常见者有玄武岩台地，火山口的火山锥、熔岩流等遗迹。动笔之前，先要研究一下这些地貌的轮廓线，如何表达才能清晰醒目。画近景，尤其表达熔岩流的构造特征，比如绳索状构造，需用细腻的笔法，阴影线的运用颇为重要，不然看不出流动构造的特点。

　　画冰川地貌，着重于取景冰蚀地貌——冰斗、角峰、鳍脊、U形谷之类（图7.15）。重点在于轮廓线的勾勒，阴影线比较次要。至于山林、房舍等衬景物尽量减少，否则，容易产生喧宾夺主的“帮倒忙”的效果。在描绘古冰川地貌时，经常会遇到由于风化侵蚀的影响而使地貌标志模糊，素描时可以排除此种干扰，有意识地夸张某些方面的特征，使形象显得逼真一些。

　　沙漠地貌，主要着眼于岩石的裸露，裂隙的发育，露头的崩解破碎。有些水平岩层或火成岩类往往风化呈城堡状的露头形。素描时着重于轮廓线的勾勒。画沙漠地区的沙丘，特别如新月形沙丘，除轮廓线的勾勒需清楚外，在其凹洼处用阴影线表达也十分重要，柔和弯曲的阴影线要平行地画，切忌交错起来（图7.16）。
　　海滨、湖滨地貌素描，重要的是从成因类型出发取景。画湖泊地貌，还要注意其发育的阶段性问题。除地貌轮廓外，湖岸与湖内生长植物的情况尽量接近实际画下来，它们的繁茂程度可以帮助读者理解湖泊的发展史，甚至植物的性质（名称、特征）也宜细致描绘。
　　（4）化石素描
　　化石素描基本上分为两大类：一是室内的，一是野外的，要求各有不同。
　　野外化石素描，多用于露头范围较大，或化石的色调与岩层的色调一致，反差不大等情况，此时用照相摄影，效果不见得好，可以素描代替。况且这种化石露头对于研究生物群落、古生态、化石埋藏等方面具有重要价值，素描时还可根据作者研究的需要在某方面有所侧重。
　　比如在某地露头上沿层面分布着众多的化石（如石灰岩中的生物礁、煤系地层中的植物群体化石），对于研究各类动物或植物间的共生关系至为重要，恢复它们的群落也极有意义。因此，素描的侧重点就应放在化石的形态上，使读者能大致分辨出它们的门类以至属的名称（图7.17）。其他在露头上的有干扰的物件（岩石破碎，植物生长之类）可以省略不画。就是在画这些化石时，也应着重于它们的轮廓形象，不求其内部构造的细微描绘。同时，各类化石的数量关系、个体的大小比例关系等也应注意，尽量符合实际情况。

　　如果素描的对象是为了研究古生态或埋葬群的特点，则化石的位置、定向与岩石结构或构造的关系等方面均需作重点描绘，甚至它们在地层中的倾斜角度、附着情况都要如实素描，而化石体的若干微细构造可以简略一些，只求能分辨出轮廓特征，大致叫得出门类的名称也就行了，特别是它们的生长方式或化石的排列方式与层面的关系要切实注意。例如竹节石、软舌螺等长锥形化石的排列方向往往可指示当时的水流流向。煤系地层的基干化石的排列方向（图7.18）可以指示煤层是原地形成的，还是经过搬运以后埋藏的，由此，还可以对煤层的经济价值作参考性的评价。当观察清楚以后，可以在不损害科学事实的前提下，适当地运用夸张手法使化石埋藏的特点更具典型化，以便收到更好的效果。

　　大型脊椎动物化石，往往见到全身各部的骨骼散乱地保存在一定的范围之内（比如在十几平方米以内），表示基本上是原地埋葬的，这时候，除画清楚这些部位骨骼（头，胸、脚部）的轮廓外，还应注意相互间距的比例关系（图7.19）。
　　有时，要利用化石的埋藏特点说明岩层的形成环境，则素描此类化石（例如贝壳滩）要着重于它们的堆积特点，不必拘泥于各个化石的细微形态，有个大致轮廓也就行了。
　　化石的室内素描，一般说来，并不是地质旅行中的任务，不过对于训练画个别化石的形态特征仍有帮助，不妨在此作些简介。
　　个别化石素描的关键在于形态逼真，立体感强。总的说来，要求用笔细腻，凡化石上的微小特征都要表达出来（图7.20）。不过，也不尽然，因为每一个化石的特征有主要的，次要的；也有属于属一级特征的，也有属于种一级特征的。一般而言，能画到属一级的特征已算是很不错了。因此，属于种一级的特征就可以画得粗略一些。

　　其次，有些特征在天然标本上保存比较模糊（因风化关系），而实际上这个特征是存在的，那么，在素描时可以使其“完整化”，有意识地将其“补充”起来。、
　　再次，为了使化石标本显眼，在其背景衬托上可以适当运用“美化”的办法，例如加浓色调，或减轻色调（往往用阴影线的浓密、疏淡表示）。
　　有时候，我们还会碰到化石由于保存的原因而出现一些细小的裂缝，或附着一些难以去掉的杂质，或带有铁锰锈斑之类。如果如实描绘时，必然影响到化石的应有特征，形成干扰。这时候，只能排除干扰，凡与化石本身特点无关的杂质、裂缝、锈斑之类完全不画出来，使化石“净洁”醒目。如果遇到大型化石，其上附有裂缝、杂物，而不会影响该化石的特征时，适当地画几笔也无妨，有时反而增加其天然情趣，有逼真的“化石感”。
　　哪些该去，哪些该画，由作者根据需要而定。
　　即将结束本章内容的时候，必须指出：素描的成功与否在于执笔者的多多练习，而不在于了解或熟记多少基本知识、步骤、技法之类。画多了，熟能生巧，肯定能创作出既合乎科学道理、又合乎美学要求的素描图来。

2、地质素描
在野外地质编录中，除文字描述外，还必须要绘制路线地质剖面图或信手剖面图和各种地质素描图，使图文并茂，相互印证。
（1）路线地质剖面图或信手剖面图，是在野外路线观测过程中连续勾绘的地质剖面图。它的精度不高，其距离和高差是目估或步测的，可反映测路线上褶皱、断裂、岩体等

图9—2  地质观测点的记录格式和描述
地质体在空间上的特征及其相互关系。
（2）路线地质图，实际上是一条观测路线的平面图，将一系列连续的路线地质图组合起来，就构成了一幅地质图。当逾越程度不良、观测路线为折线时，路线地质图就比信手剖面优越些。
（3）地质素描图，有两种：一种是用花纹图例表示地质内容的平面图象素描图，其主体感稍差，但地质内容比较鲜明突出，如平面素描图，剖面素描图、露头素描图等；另一种是主体图象素描图，用于反映区域构造或地貌；近景素描图，用于小型构造，各种接触关系，标本或露头的特写素描（相当于静物写生）等。
新建狗磨湾隧道施工超前地质预报
章振华
　　（郑州铁路局西安勘测设计院，陕西西安710054）

    摘　要：为了保证快速施工，超前地质预报工作越来越显示出它的重要性。新建狗磨湾隧道在中后期施工中采用了超前地质预报手段，取得了成功。实践证明，施工超前地质预报对减少塌方、快速施工起着极为重要的作用。
    关键词：隧道施工；超前；地质预报

1　前言
　　狗磨湾隧道位于襄渝铁路白河——旬阳间，由于勘测选线方面的失误，使原狗磨湾隧道座落在滑坡体上。由于滑坡活动，使原狗磨湾隧道遭受严重破坏（图1），混凝土衬砌被挤裂，隧道净空缩小，铁路线路位移严重，铁路线最大偏移量为299 mm，已影响行车安全，故决策改线，新建狗磨湾隧道，避开滑坡。
　　初测、定测过程中已将大的地质构造搞清楚了，但有一些小构造在地表不易表现。在隧道开挖过程中常出现一些小断层、小褶曲、石英岩脉穿插杂乱等现象，围岩软弱破碎，给施工带来很大困难，施工进度缓慢。隧道进口工区曾发生了两次大坍方，给施工单位和建设单位都造成了很大经济损失，延误了工期。为了使施工顺利进行，必须加强地质超前预报工作。为此，决定成立“新建狗磨湾隧道施工超前地质预报攻关组”，以策安全、加快施工进度。

2　工程地质概况
　　新建狗磨湾隧道穿过志留系变质岩地层，岩性为石英云母片岩，隧道出口段为三线车站隧道，大跨、浅埋、偏压、地质不良、围岩差。隧道中部约230 m处于狗磨湾滑坡体下方约20 m。该地区因受多期构造作用影响，褶皱、断裂发育，使得岩体结构非常复杂。
　　该段第四系覆盖层面积较大，隧道进口大部分为碎石土覆盖，厚3～10 m；DK259＋910～DK260＋508一段表面有10 m左右的砂粘土，隧道出口部分DK260＋778～＋880一段为坡积碎石土。第四系覆盖层的下面为志留系石英云母片岩，由于岩层年代古老，受构造运动作用强烈，岩层节理发育，风化严重。
　　该段有少量地下水，狗磨湾滑坡区水量较大；
地下水类型是基岩裂隙水，主要供给来源是大气降水，因而水量受雨水的影响较大。
　　新隧道全长1 275 m，除中部600 m为Ⅲ类围岩外，隧道进口段和出口段共计675 m为Ⅳ类或Ⅴ类围岩，自稳能力较差。尤其出口端390 m为三线隧道，属Ⅳ类和Ⅴ类围岩，施工难度较大。
3　超前地质预报工作的开展
　　针对新建狗磨湾隧道地段地质条件复杂的特点，现场采用新奥法施工。超前地质预报攻关组的主要工作是搜集地质资料，对隧道施工掌子面前方短距离内的工程地质和水文地质条件进行超前预报。
3．1　收集并熟悉已有的资料
　　新建狗磨湾隧道平面呈S形曲线。该段地质条件复杂，受地质构造影响严重，不良地质现象比较集中，除深层大型狗磨湾滑坡外，还有一些小的断层和滑塌区。
　　狗磨湾滑坡体岩石风化严重，在改线段滑动带的最大深度为81 m多，线路在滑动带下面20 m处通过。滑床物质为石英云母片岩，风化颇重。
　　DK259＋630～＋662处有一小的坍塌体，塌体厚度3～10 m；DK259＋640～＋700处有一条宽约2 m的正断层与线路相交，断层走向N70°E，向北倾，倾角85°，中间为断层泥和断层角砾；DK259＋700～＋750线路右侧35～40 m处还有
两条小断层，断层走向N70°E，向北倾，倾角85°；DK260＋778～＋880处有一小滑塌体。
3．2　地质素描
　　施工前预设计是在认真研究定测资料的基础上进行的。在预设计阶段一般很难完全详细地掌握实际的工程地质和水文地质情况，常常会有一定幅度的变动，故通过施工中的地质调查和现场监控量测，确认和修正预设计是极为重要的。
　　在施工循环过程中，一般要在爆破后或出碴后打眼装药前对隧道开挖工作面进行地质素描。地质素描是对开挖面的地质情况如实而准确的反映，其主要内容包括以下五个：
　　（1）岩性：是最基本的地质资料。主要描述岩石名称、颜色、结构、构造、矿物成分、风化程度等。新建狗磨湾隧道所见到的均是石英云母片岩，呈灰色—灰黑色，层状构造，片理发育，风化轻微—颇重，含绢云母，有滑腻感。
　　（2）断层：是地壳上主要的构造痕迹，它的形成、特性及规模决定地区地质构造复杂程度，对隧道施工影响极大，是开挖时发生塌方的主要地质原因之一。主要描述断层位置、产状、断层破碎带宽度及构造类型、断层性质及其与其它断层的关系、派生节理产状、密度及充填物等。在开挖面调查中我们发现一些断距很小的断层。
　　（3）贯穿性节理：是造成块体塌方的主要原因之一。主要描述节理产状、密度、宽度、延伸情况、节理面特征（光滑、粗糙、起伏不平）、出露位置等。在开挖面调查中，曾多次发现贯通性非常好的节理，发生过几次块体塌方，由于我们进行超前预报，提醒施工人员注意，提前采取必要的措施，因此，没有造成大塌方。
　　（4）岩脉：岩脉侵入的位置往往是地壳的薄弱点。我们主要描述岩脉的岩性，出露位置、宽度、接触关系、破碎情况、风化程度等。在开挖面调查中，我们所见到的大多是石英岩脉，风化轻微，呈透镜状或线状穿插于围岩中，杂乱无规则，造成围岩非常破碎。
　　（5）水：水增加了隧道施工难度。地层渗水影响喷射混凝土的质量；若在断层带内岩体破碎，或节理被次生粘土充填地段有水，则会大大降低围岩的自稳能力，增加坍塌的可能。我们主要描述出水点位置及其与断层和节理的关系、出水状态　　（滴、流、涌）、水味、水色、水温、出水点附近有无沉淀物等。同时了解水对混凝土的侵蚀性。对于地下水与地表水可能存在水力联系的地方进行了地下水动态观测，提前确定施工中的排水措施，以防止造成涌水事故。
3．3　超前钻孔测试
　　超前钻孔测试是利用超前炮眼了解前方地质情况的一种手段。在液压钻孔台车钻进时，我们在掌子面范围内布置2～4个钻孔，孔深5 m，用秒表计时，记录钻进各进尺段所用时间长短来判别软弱围岩和不良地质构造的位置。
3．4　地质条件预报
　　资料整理是资料分析和预报的基础。将上述所搜集到的资料及时整理、誊清，再利用工程类比法，进行综合分析研究，然后，对断层、岩脉破碎带在前方出露的位置和对施工的影响，对可能构成不稳定块体的大裂隙，对地下水活动情况和地应力情况等等，做出预报，并将上列预报结果及时通知施工主管部门，提出处理方法和建议，指导施工。
3．5　围岩类别预报
　　围岩类别是制定防治隧道施工中工程地质灾害的依据。根据获得的地质资料，结合有关围岩分类标准，预报掌子面前方围岩类别是我们超前地质预报攻关组的主要任务和目的。
　　在新建狗磨湾隧道施工中，我们参照《铁路隧道围岩分类》标准，结合狗磨湾隧道的地质特征和施工方法，超前预报围岩类别。
3．5．1　围岩类别预报的依据
　　预报围岩类别主要根据以下资料进行综合分析：
　　（1）开挖地段的工程地质特征，毛洞稳定状态和围岩类别；
    （2）掌子面地质素描和超前钻速测试资料；
    （3）地下水的情况；
    （4）毛洞成形情况；
　　（5）岩体中裂隙间距的变化。
3．5．2　围岩分类预报方法
　　（1）Ⅲ类围岩凡有以下情况我们则将前方预报为Ⅳ类；
　　a、连续几茬炮爆破成型差，有贯穿性裂隙切割成的大的不稳定块体；
    b、前方有断层出露；
    c、裂隙规律较差，出现无序状裂隙或有两组以上的贯穿性大节理；
    d、超前钻孔测试和钻进有异常；
    e、地下水水量增加。
　　（2）在Ⅳ、Ⅴ类围岩地段有以下情况者，围岩类别也降级预报；
　　a、相邻的已施工段初期支护变形严重或收敛量测值异常；
    b、超前钻孔涌水量增加，涌水浑浊；
　　c、已有的断层在前方延伸到严重影响围岩稳定的位置（例如断层变宽、出露部位由边墙上升到起拱线以上）；
    d、前方有新的断层出露；
    e、前方有两组断层；
    f、超前钻孔测试和钻进时有异常。
    （3）将塌方前后各5 m定为Ⅴ类围岩；
　　（4）若围岩类别介于两类之间则定为低的一类；
　　（5）若已开挖段的围岩实际类别高于原预报的围岩类别，长度在5 m以上，且已探明前方地质条件不会向坏的方向变化，则可提高围岩类别。
　　最后，将所获得的各种施工信息进行集中整理，综合分析，互相印证，得出结论。当预测到掌子面前方围岩类别有变化时，我们则填写超前地质预报通知书，立即送交现场主管施工的队长或主管工程师；若掌子面前方围岩类别无变化，但当预报前方将有不利地质条件或将产生地质灾害的可能时，我们也及时通知现场主管工程师，并建议立即采取加强支护及早形成闭合环等措施，防患于未然。
4　工作成果与社会经济效益
　　我们通过地表调查和作图分析，推断在DK260＋630～＋750段，发育有4条小断层，岩体结构破碎，稳定性差，建议将原设计Ⅲ类围岩降为Ⅳ类围岩，开挖结果证实了这一判断是正确的。
　　围岩是千差万别的地质体，同一隧道不同地段的同类围岩，地质条件不完全一致，物理力学性质也有差别。施工前的地质工作，通过地面测绘、物探、少量的槽探和钻孔可以查清工程区的地质背景、大的地质构造和主要的水文地质条件。但用地面测绘为主做出的地质勘察成果来指导施工，其精度是不够的。
　　事实说明，通过超前地质预报，有效地避免了施工的盲目性。
　　如：进口里程DK260＋164．5。这一茬炮下来，在掌子面左侧拱部发生了块体塌方。如图2，掌子面出现两个软弱层①，厚20～25 cm，产状155°∠55°，其间相距2．5 m左右。这两个软弱层被贯通性很好的节理②切割后，围岩稳定性降低，节理②产状为98°∠77°，从而产生了块体塌方；掌子面无水。根据这些情况，我们建议施工单位及时加强支护，打锚杆，并挂网喷浆。同时建议下两个循环在打炮眼时适当缩短炮眼深度，控制炸药量，采取短进尺多循环的方法，以免发生大的塌方，在穿过这一段软弱层后，再恢复正常施工。施工单位采纳了我们的建议，这一段就没有再发生塌方事故。

　　每个施工循环过程中，我们对每茬炮后的开挖掌子面的地质情况都进行如实而准确的观测记录，并将掌子面前方的地质情况及时反馈给现场主管工程师，共同研究施工方案，指导施工。在特别软弱破碎围岩地段，我们根据新奥法施工的特点，真正使每个循环做到少扰动、早喷锚、勤量测、
紧封闭，短进尺，强支护，超前预报，多次避免了塌方事故的发