周建勛

教授，中國(guó)石油大學(xué)（北京）油氣資源與探測(cè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102249

由于斷裂系統(tǒng)的形成大多與大變形構(gòu)造過(guò)程有關(guān)，故從小變形巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)歸納得到的庫(kù)侖破裂準(zhǔn)則及相關(guān)的安德森斷層模式，并非總能對(duì)其形成機(jī)制給予合理的解釋。物理模擬是一個(gè)十分有用的方法，可為我們提供一些新的啟示：許多原先認(rèn)為具有復(fù)雜形成機(jī)制的斷裂系統(tǒng)，其實(shí)可以是簡(jiǎn)單構(gòu)造變形過(guò)程的產(chǎn)物，也無(wú)需復(fù)雜的動(dòng)力學(xué)機(jī)理解釋。本文通過(guò)一些伸展、擠壓和反轉(zhuǎn)這三類常見(jiàn)構(gòu)造的典型研究實(shí)例，以展示物理模擬實(shí)驗(yàn)所能帶給我們的有關(guān)斷裂系統(tǒng)形成機(jī)制的新啟示。

1 引言

斷裂是地殼淺－表層最重要的構(gòu)造變形現(xiàn)象，與礦藏形成、巖土工程穩(wěn)定性、以及地質(zhì)災(zāi)害（如地震、滑坡）均有密切關(guān)系。于是，人們希望通過(guò)斷裂形成過(guò)程的研究，了解斷裂系統(tǒng)的形成機(jī)制與演化規(guī)律，從而提高找礦、工程建設(shè)和災(zāi)害防治效率。

然而，相對(duì)地質(zhì)過(guò)程而言，人類的生命相當(dāng)短暫，對(duì)于除地震以外的絕大多數(shù)構(gòu)造變形，人們只能見(jiàn)其結(jié)果而無(wú)法直接觀察其全過(guò)程，從而嚴(yán)重制約了人們對(duì)斷裂形成機(jī)制與演化規(guī)律的深入認(rèn)識(shí)。長(zhǎng)期以來(lái)，有關(guān)斷裂系統(tǒng)形成機(jī)制分析，主要依據(jù)庫(kù)侖破裂準(zhǔn)則及其相關(guān)的安德森斷層成因模式。然而，庫(kù)侖破裂準(zhǔn)則是從小變形巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)歸納的力學(xué)準(zhǔn)則，但自然界中斷裂系統(tǒng)大多與大變形構(gòu)造過(guò)程有關(guān)，大、小變形問(wèn)題在力學(xué)上分屬不同范疇，研究思路和方法存在明顯不同［1］。因此，庫(kù)侖破裂準(zhǔn)則及安德森斷層成因模式并非總能對(duì)斷裂系統(tǒng)的形成機(jī)制問(wèn)題給予合理的解釋。

構(gòu)造模擬是重現(xiàn)構(gòu)造形成過(guò)程的有效方法。通過(guò)模擬方法重現(xiàn)斷裂形成過(guò)程，能夠促進(jìn)對(duì)斷裂系統(tǒng)形成機(jī)制、演化規(guī)律、以及相關(guān)資源與環(huán)境效應(yīng)的深入了解。構(gòu)造模擬包括數(shù)學(xué)模擬和物理模擬兩種方法。數(shù)學(xué)模擬是根據(jù)力學(xué)方程構(gòu)建數(shù)字（虛體）模型，利用專用軟件和計(jì)算機(jī)進(jìn)行模擬。物理模擬是根據(jù)相似原理，用物理材料構(gòu)建實(shí)體模型進(jìn)行模擬。雖然數(shù)學(xué)模擬相對(duì)物理模擬具有較大的便利性和靈活性［2－3］，由于目前對(duì)長(zhǎng)時(shí)間低應(yīng)變速率的構(gòu)造過(guò)程中巖石流變特性還缺乏充分的了解，并且數(shù)學(xué)模擬軟件也有待于進(jìn)一步完善，物理模擬至今仍是構(gòu)造模擬最為經(jīng)濟(jì)有效的方法，盡管這一方法已有近200年的研究歷史［3］，新的實(shí)驗(yàn)室目前仍在不斷興建之中。

近200年來(lái)，構(gòu)造物理模擬研究涉及了幾乎所有類型的構(gòu)造過(guò)程，包括伸展、擠壓、走滑、底辟及重力滑動(dòng)等，已經(jīng)為構(gòu)造過(guò)程與動(dòng)力學(xué)機(jī)理研究提供了許多新的啟示和重要的科學(xué)依據(jù)。尤其是近十余年來(lái)，有關(guān)斷裂系統(tǒng)形成機(jī)制問(wèn)題的物理模擬研究取得了許多重要的新進(jìn)展，極大提高了對(duì)斷裂系統(tǒng)形成機(jī)制與演化規(guī)律的認(rèn)識(shí)水平。筆者希望通過(guò)一些研究實(shí)例，展示構(gòu)造物理模擬所能帶來(lái)的新啟示。實(shí)例有許多，但限于篇幅，本文將在伸展、擠壓和反轉(zhuǎn)這三類最常見(jiàn)構(gòu)造中，選擇介紹幾個(gè)筆者認(rèn)為較典型、且具良好啟示作用的實(shí)例，供讀者參考。

2 伸展斷裂系統(tǒng)

伸展斷裂系統(tǒng)主要發(fā)育于裂陷區(qū)，通常具有比較復(fù)雜的斷裂組合面貌。如果按照人們常用的庫(kù)侖破裂準(zhǔn)則或安德森斷層成因模式進(jìn)行分析，往往會(huì)得到比較復(fù)雜的構(gòu)造過(guò)程和動(dòng)力學(xué)機(jī)制解釋。例如，當(dāng)一個(gè)裂陷區(qū)存在兩組不同走向的正斷層時(shí)，按照安德森模式分析，正斷層走向垂直最小主應(yīng)力σ3（即伸展方向），那么兩組不同走向的正斷層應(yīng)分別與兩個(gè)不同方向的伸展作用有關(guān)，于是會(huì)得出該裂陷遭受過(guò)兩期構(gòu)造或兩種構(gòu)造作用的疊加，動(dòng)力學(xué)機(jī)制解釋也會(huì)變得比較復(fù)雜［4］。

2.1 斜向伸展

物理模擬研究表明，裂陷區(qū)斷層走向不僅與伸展方向有關(guān)，同時(shí)還受裂陷邊界走向控制［5－6］。只有當(dāng)裂陷邊界與伸展方向垂直（即正交伸展）情況下，裂陷區(qū)中正斷層走向才與安德森模式符合，即與伸展方向垂直（圖1a）。但當(dāng)裂陷邊界與伸展方向斜交（即斜向伸展）時(shí)，則可在同一伸展過(guò)程中形成兩組不同走向的斷層系統(tǒng)，其中裂陷中部的斷層系統(tǒng)近于垂直伸展方向，而裂陷邊部斷層系統(tǒng)則與裂陷邊界近平行（圖1b，1c，1d）。由此表明，如果一個(gè)裂陷區(qū)存在多組不同走向的斷層系統(tǒng)，未必意味著該裂陷曾遭受了多期疊加的復(fù)雜構(gòu)造過(guò)程。同時(shí)，這些模型表面只有裂陷中部的斷層走向才能更加真實(shí)地反映裂陷的伸展方向。

圖1 伸展構(gòu)造物理模擬實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ晚斆嬲掌?，箭頭代表伸展方向（據(jù)文獻(xiàn)［6］修改）。a正交伸展模型，顯示正斷層走向與伸展方向基本垂直；b，c，d斜向伸展模型，伸展方向與裂陷邊界傾向線的夾角分別為15°，30°和45°，顯示兩組走向明顯不同的正斷層系統(tǒng)：一組與伸展方向近垂直，另一組與邊界方向近平行

2.2 復(fù)雜邊界伸展

當(dāng)裂陷邊界形態(tài)不規(guī)則時(shí)，情況會(huì)變得更加復(fù)雜，例如中國(guó)東部的渤海灣盆地。它是一個(gè)中－新生代含油氣裂陷盆地，發(fā)育多組不同走向的斷裂系統(tǒng)。盆地總體以北東向斷裂為主，但中部以近東－西向斷裂為主，同時(shí)全盆地普遍分布近東－西向雁列小斷裂和一些北西向斷裂［7－8］。盆地的總體格局與其中部的黃驊坳陷（圖2）具有十分相似的構(gòu)造特征，即所謂的構(gòu)造自相似性現(xiàn)象。由于復(fù)雜的斷裂系統(tǒng)面貌，渤海灣盆地長(zhǎng)期被認(rèn)為是多期構(gòu)造疊加或復(fù)雜構(gòu)造過(guò)程的產(chǎn)物［4，8］。

針對(duì)黃驊坳陷的物理模擬研究表明，在黃驊坳陷特定邊界形態(tài)條件下，簡(jiǎn)單的近南－北向伸展就可形成與黃驊坳陷十分相似的斷裂系統(tǒng)（圖2）。由此表明，與黃驊坳陷具有良好構(gòu)造自相似性的渤海灣盆地，盡管具有復(fù)雜構(gòu)造面貌，但未必具有多期構(gòu)造疊加或復(fù)雜的構(gòu)造過(guò)程。渤海灣盆地很可能是簡(jiǎn)單的南－北向伸展作用的產(chǎn)物，其復(fù)雜構(gòu)造面貌是其特殊的“懶Z”形邊界形態(tài)所致，其動(dòng)力學(xué)成因只需用“板片窗效應(yīng)”就可給出簡(jiǎn)潔合理的解釋，無(wú)需更加復(fù)雜的解釋方案［7］。

圖2 渤海灣盆地中部黃驊坳陷（大港油田勘探區(qū)）的構(gòu)造物理模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果（據(jù)文獻(xiàn)［7］修改）。a實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ晚斆嬲掌?；b實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ晚斆鏀嗔呀忉寛D，帶數(shù)字標(biāo)注的虛線橢圓指示與c中實(shí)際相似的特征區(qū)域；c黃驊坳陷斷裂系統(tǒng)分布圖

3 逆沖斷層系統(tǒng)

逆沖斷層系統(tǒng)出現(xiàn)在板塊（或地塊）的匯聚帶，通常與褶皺伴隨構(gòu)成褶皺－沖斷帶，是地殼最為常見(jiàn)的構(gòu)造類型。

3.1 推土機(jī)模式

基于庫(kù)侖準(zhǔn)則的推土機(jī)模式（又稱臨界楔形體理論，critical wedge theory）是最先被用于解釋逆沖斷層系統(tǒng)的形成過(guò)程和機(jī)制的模式［9－10］。這一模式可被物理模擬實(shí)驗(yàn)重現(xiàn)（如圖3所示），可以合理解釋北美落基山脈、阿巴拉契亞山脈、以及臺(tái)灣地區(qū)等一些前沖（疊瓦式）前展褶皺－沖斷帶的形成過(guò)程。這一模式已在人們腦海里根深蒂固，并習(xí)慣地認(rèn)為：大多數(shù)褶皺－沖斷帶的形成過(guò)程應(yīng)是逐步向前擴(kuò)展，逆沖斷層的沖向或褶皺軸面的倒向應(yīng)與構(gòu)造擠壓方向一致。例如，對(duì)于青藏高原褶皺－沖斷帶的形成機(jī)制解釋，目前主要是基于這種思路［11－12］。

圖3 推土機(jī)模式的物理模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果照片，顯示前沖疊瓦式構(gòu)造樣式和逐步前展方式的褶皺－沖斷楔形體，α為褶皺－沖斷楔的臨界坡角（據(jù)文獻(xiàn)［13］修改）

3.2 基底韌性層的作用

然而，自然界中除上述前沖前展的褶皺－沖斷帶外，還存在其它更為復(fù)雜的褶皺－沖斷帶類型，如：前后雙沖（甚至純粹后沖）和無(wú)序擴(kuò)展（甚至后展）類型。這些復(fù)雜褶皺－沖斷帶的形成是難以用上述推土機(jī)模式加以合理解釋。它們通常與基底韌性層（如沉積地層中的膏鹽層，地殼深部因升溫和流體等因素導(dǎo)致的軟化巖層）有關(guān)。基底韌性層的存在，不僅可以降低基底拆離面剪切強(qiáng)度，并且自身所發(fā)生的復(fù)雜流動(dòng)（如水平流動(dòng)、底辟上涌等），可以影響褶皺－沖斷帶的變形擴(kuò)展方式和構(gòu)造樣式。這一問(wèn)題已經(jīng)成為近期褶皺－沖斷帶形成過(guò)程和動(dòng)力學(xué)機(jī)制研究的重要命題，并已進(jìn)行一些深入的物理模擬研究［14－17］。已有的研究表明，隨著基底韌性層粘度的下降，變形擴(kuò)展方式從前展（圖3）逐漸變?yōu)闊o(wú)序（圖4a）、同步、甚至后展（圖4b），變形向前傳遞速度明顯加快（圖5），褶皺－沖斷帶寬闊增加、坡度下降（對(duì)比圖3與4），構(gòu)造樣式也可從純粹前沖（圖5之1—3剖面）逐步變?yōu)榍昂箅p沖（圖4a）、甚至后沖為主的構(gòu)造樣式（圖5之4—6剖面）。在特定情況下，韌性基底層甚至可以導(dǎo)致自然界中罕見(jiàn)、動(dòng)力學(xué)機(jī)制難以用庫(kù)侖－摩爾準(zhǔn)則解釋的純后沖褶皺－沖斷帶的形成（圖6）［13，18］。由此可見(jiàn)，存在基底韌性層的情況下，簡(jiǎn)單的擠壓作用可以產(chǎn)生變形過(guò)程和構(gòu)造面貌十分復(fù)雜的褶皺－沖斷帶，逆斷層的沖向好褶皺軸面倒向并非一定與構(gòu)造擠壓方向一致，變形擴(kuò)展方式也未必是逐步向前擴(kuò)展。

圖4 韌性基底層單側(cè)擠壓模型實(shí)驗(yàn)結(jié)果，基底層由具牛頓流體屬性的硅膠構(gòu)成（底面黑色部分），數(shù)字標(biāo)注斷層出現(xiàn)的順序。a低坡度無(wú)序擴(kuò)展褶皺－沖斷帶（據(jù)文獻(xiàn)［15］修改）；b低坡度后展褶皺－沖斷帶

圖5 部分韌性基底層的單側(cè)擠壓模型系列剖面切片素描圖（黑色層為硅膠層），表示模型的三維結(jié)構(gòu)狀態(tài)（據(jù)文獻(xiàn)［14］修改）。剖面1—3位于摩擦基底部位，顯示以前沖為主的結(jié)構(gòu)樣式；剖面4—9位于韌性基底層部位，顯示前后雙向逆沖的構(gòu)造樣式和較遠(yuǎn)的前鋒帶推進(jìn)距離

圖6 純后沖褶皺－沖斷構(gòu)造的物理模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果和野外實(shí)例。a基底水平累積性收縮模型的實(shí)驗(yàn)結(jié)果照片（據(jù)文獻(xiàn)［13］修改）；b韌性基底層模型的實(shí)驗(yàn)結(jié)果照片（據(jù)文獻(xiàn)［18］修改）；c來(lái)自北美Cascadia俯沖帶全球最典型的純后沖褶皺－沖斷構(gòu)造地質(zhì)剖面（據(jù)文獻(xiàn)［17］修改）

3.3 地形地貌的影響

地形地貌因素對(duì)褶皺－沖斷帶構(gòu)造形成過(guò)程和特征影響問(wèn)題，近年來(lái)逐漸受到重視。在以往的研究中這是一個(gè)常被忽視的因素，人們更多關(guān)注構(gòu)造應(yīng)力狀態(tài)和地層力學(xué)性質(zhì)因素。近年來(lái)的物理模擬研究表明，與剝蝕或沉積作用有關(guān)的地形地貌因素不容小視［19－21］。通常情況下，褶皺－沖斷帶的走向與擠壓塊體邊界走向平行，并隨著擠壓量的增加，褶皺－沖斷帶保持與擠壓塊體邊界的走向平行的姿態(tài)逐步向前擴(kuò)展、寬度不斷加大（圖7a）。但是，如果隆升部位的地層不斷遭受均勻的剝蝕，那么褶皺－沖斷帶的寬度就不再隨著擠壓量增大而加大，只是保持與擠壓塊體邊界平行的狀態(tài)（圖7b）；如果隆升部位的地層遭受不均勻的剝蝕，那么剝蝕較強(qiáng)烈部位的變形擴(kuò)展就會(huì)滯后，從而形成內(nèi)凹的褶皺－沖斷帶（圖7c，d）。此外，如果存在初始高地（圖7e），高地前緣的變形擴(kuò)展就會(huì)明顯超前，從而形成弧形凸出的褶皺－沖斷帶（圖7f）。

圖7 地形及剝蝕作用對(duì)褶皺－沖斷帶構(gòu)造形成過(guò)程影響問(wèn)題的物理模擬實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果（據(jù)文獻(xiàn)［19］修改）。a正常條件下的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ晚斆嬲掌?，顯示變形帶逐步向前擴(kuò)展、但保持與擠壓擋板平行的姿態(tài)；b均勻剝蝕條件下實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷捻斆嬲掌@示變形帶向前擴(kuò)展明顯受阻、但保持與擠壓擋板平行的狀態(tài)；c，d不均勻剝蝕條件下實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷捻斆嬲掌?，顯示剝蝕部位變形帶向前擴(kuò)展明顯滯后；e，f局部高地條件下實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷捻斆嬲掌?，顯示高地前緣變形帶向前擴(kuò)展明顯超前和弧形凸出形態(tài)

3.4 青藏高原問(wèn)題

青藏高原是全球最具特色的擠壓構(gòu)造區(qū)，是新生代印度－歐亞板塊匯聚碰撞的產(chǎn)物，為一具有平頂陡邊地貌特征的寬闊褶皺－沖斷帶。獨(dú)特的構(gòu)造地貌特征、仍在繼續(xù)進(jìn)行中的構(gòu)造過(guò)程、以及顯著的氣候環(huán)境效應(yīng)，使之成為大陸構(gòu)造動(dòng)力學(xué)及其氣候環(huán)境效應(yīng)研究的理想天然實(shí)驗(yàn)室。青藏高原存在一些以阿爾金、紅河斷裂為代表的大型走滑斷裂帶，把高原分隔成一些相對(duì)獨(dú)立的塊體（圖8a）。這些塊體之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)方式及其與走滑斷裂之間的相互關(guān)系，是青藏高原構(gòu)造過(guò)程與動(dòng)力學(xué)機(jī)理研究的焦點(diǎn)問(wèn)題。Tapponnier等采用物理模擬方法對(duì)其進(jìn)行了研究［22］。他們的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ鸵詭l紋標(biāo)記的橡皮泥作為歐亞板塊部分的相似材料模擬，并用長(zhǎng)條狀剛性塊體模擬印度板塊，實(shí)驗(yàn)裝置的主體為正方形（邊長(zhǎng)30cm）透明有機(jī)玻璃盒。除東、南兩側(cè)外，有機(jī)玻璃盒均被透明有機(jī)玻璃板封閉。當(dāng)代表印度板塊的長(zhǎng)條狀剛性塊體從南側(cè)擠入時(shí)，代表歐亞板塊的橡皮泥在受到擠壓時(shí)因頂面蓋板的限制無(wú)法褶皺上隆，只能夠以平面應(yīng)變方式向無(wú)阻擋的東側(cè)擠出，因而產(chǎn)生了走滑與擠出的變形格局（圖8b）。這一模型形象地展示了青藏高原的走滑斷裂及其所夾持塊體的一種可能運(yùn)動(dòng)方式（圖8c），據(jù)此提出了著名的“走滑－逃逸”模式，認(rèn)為青藏高原變形主要以走滑斷裂的運(yùn)動(dòng)與所夾持塊體的總體向東逸出為主導(dǎo)（圖8a）。該實(shí)驗(yàn)充分展示，物理模擬方法可為構(gòu)造過(guò)程與動(dòng)力學(xué)機(jī)理的解釋提供直觀明了的啟示和依據(jù)。這一“走滑－逃逸”模式首次為青藏高原構(gòu)造過(guò)程與動(dòng)力學(xué)機(jī)理提供了簡(jiǎn)潔的解釋方案，并對(duì)青藏高原構(gòu)造研究產(chǎn)生了二十余年的深遠(yuǎn)影響，且其影響一直延續(xù)至今。

圖8 青藏高原形成過(guò)程的物理模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果與動(dòng)力學(xué)機(jī)制解釋（據(jù)文獻(xiàn)［22］修改）。a印度－歐亞板塊構(gòu)造格架與“走滑－逃逸”模式的解釋方案；b，c物理模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果照片與解釋

近年來(lái)，隨著GPS觀察數(shù)據(jù)的積累，人們認(rèn)識(shí)到青藏高原變形并不符合上述“走滑－逃逸”模式，而是呈連續(xù)分布的特點(diǎn)［23－24］，并且這一特點(diǎn)可用下地殼軟弱層的 “渠道流”（channelflow）模式加以合理解釋［12］。于是，人們重新審視［22］實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ筒⒁庾R(shí)到，用頂面蓋板限制橡皮泥的褶皺上隆、促使橡皮泥只能以平面應(yīng)變方式向東擠出的設(shè)計(jì)違反了基本的“相似原則”，因?yàn)閷?shí)際情況是：受擠壓的青藏高原地殼可以自由地向上部大氣空間褶皺隆升，以吸收印度板塊擠入導(dǎo)致的縮短變形。由此可見(jiàn)，盡管物理模擬方法可為構(gòu)造過(guò)程與動(dòng)力學(xué)機(jī)理研究提供啟示和依據(jù)，但若違反相似原則完全可能導(dǎo)致錯(cuò)誤結(jié)果。

4 反轉(zhuǎn)斷裂系統(tǒng)

盆地的構(gòu)造反轉(zhuǎn)過(guò)程是盆地構(gòu)造研究的熱點(diǎn)問(wèn)題之一，其中先期斷裂系統(tǒng)在后期構(gòu)造反轉(zhuǎn)過(guò)程中的表現(xiàn)則是問(wèn)題的焦點(diǎn)。人們常習(xí)慣地認(rèn)為，先期斷裂構(gòu)成的薄弱面在后期反轉(zhuǎn)過(guò)程中應(yīng)該優(yōu)先逆轉(zhuǎn)，即從原來(lái)的正（或逆）斷層優(yōu)先反轉(zhuǎn)為逆（或正）斷層，且這種反轉(zhuǎn)可以進(jìn)行得十分徹底，甚至可以完全抹去前期斷裂的痕跡。然而，這種認(rèn)識(shí)只是一種猜想。構(gòu)造物理模擬研究表明，絕大多數(shù)先期正斷層，無(wú)論是鏟式正斷層還是多米諾式正斷層（圖9a，c），在后期的擠壓反轉(zhuǎn)過(guò)程中均不會(huì)轉(zhuǎn)化為逆斷層，只是傾角變陡，縮短變形主要由新生的低傾角逆沖斷層實(shí)現(xiàn)（圖9b，d），除非地層強(qiáng)度異乎尋常，如同文獻(xiàn)［25］的模型中鐵板般的堅(jiān)硬。負(fù)反轉(zhuǎn)構(gòu)造的情況也類似。由此表明，先期斷層發(fā)生性質(zhì)逆轉(zhuǎn)的可能性很小，因此如果判定一個(gè)未見(jiàn)先期斷層痕跡的地區(qū)曾發(fā)生構(gòu)造反轉(zhuǎn)，將具有很大的風(fēng)險(xiǎn)。

圖9 正反轉(zhuǎn)構(gòu)造的物理模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果。a，b鏟式正斷層反轉(zhuǎn)模型素描（據(jù)文獻(xiàn)［26］修改），顯示只有鏟式邊界斷層發(fā)生部分反轉(zhuǎn)，先期正斷層只是傾角變陡；c，d多米諾式正斷層反轉(zhuǎn)模型照片（據(jù)文獻(xiàn)［27］修改），顯示絕大部分先期正斷層只是傾角變陡

5 結(jié)語(yǔ)

由于分屬不同的力學(xué)問(wèn)題范疇，庫(kù)侖破裂準(zhǔn)則及其相關(guān)的安德森斷層成因模式在解釋斷裂系統(tǒng)的形成機(jī)制方面存在不少困難。導(dǎo)致面貌較為復(fù)雜的構(gòu)造常被認(rèn)為與復(fù)雜的構(gòu)造過(guò)程和動(dòng)力學(xué)機(jī)制有關(guān)。構(gòu)造物理模擬研究結(jié)果則為我們提供了許多新的啟示：復(fù)雜構(gòu)造面貌未必意味著復(fù)雜的構(gòu)造過(guò)程和動(dòng)力學(xué)機(jī)理。如果一個(gè)復(fù)雜的構(gòu)造可以用簡(jiǎn)單的構(gòu)造過(guò)程和簡(jiǎn)潔的動(dòng)力學(xué)機(jī)理解釋，那么按照奧卡姆剃刀原則，應(yīng)該選用簡(jiǎn)單的解釋，因?yàn)閷?duì)于同一現(xiàn)象，簡(jiǎn)單的解釋往往比復(fù)雜的解釋更正確、需要最少假設(shè)的解釋最有可能是正確的，這是已被大量科學(xué)實(shí)踐所證實(shí)的客觀規(guī)律。

（2011年8月3日收到）

［1］TIKOFF B，WOJTAL S.Displacement control of geologic structures［J］.Journal of Structural Geology，1999，21：959－967.

［2］BUITER S，BABEYKO A，ELLIS S，et al.The numerical sandbox：comparison of model results for a shortening and an extension experiment［J］.Geological Society Special Publications，2006，253：29－64.

［4］REN J，TAMAKI K，LI S，ZHANG J.Late Mesozoic and Cenozoic rifting and its dynamic setting in Eastern China and adjacent areas［J］.Tectonophysics，2002，344：175－205.

［5］McCLAY K，WHITE M.Analogue modelling of orthogonal and oblique rifting ［J］.Marine and Petroleum Geology，1995，12：137－151.

［6］AGOSTINI A，BONINI M，CORTI G，et al.Fault architecture in the Main Ethiopian Rift and comparison with experimental models：implications for rift evolution and Nubia－Somalia kinematics［J］.Earth and Planetary Science Letter，2011，301：479－492.

［7］周建勛，周建生.渤海灣盆地新生代構(gòu)造變形機(jī)制：物理模擬和討論 ［J］.中國(guó)科學(xué) D輯：地球科學(xué)，2006，36：507－519.

［8］QI J，YANG Q.Cenozoic structural deformation and dynamic processes of the Bohai Bay basin province，China［J］.Marine and Petroleum Geology，2010，27：757－771.

［9］DAHLEN F.Critical taper model of fold－and－thrust belts and accretionary wedges［J］.Annual Review of Earth and Planetary Sciences，1990，18：55－99.

［10］GUTSCHER M，KUKOWSKI N，MALAVIEILLE J，LALLEMAND S.Material transfer in accretionary wedges from analysis of a systematic series of analog experiments ［J］.Journal of Structural Geology，1998，20：407－416.

通過(guò)查閱資料，并篩選整理數(shù)據(jù)選取云南地區(qū)2000年～2010年5級(jí)以上的17次地震為樣本數(shù)據(jù)，原始數(shù)據(jù)[4～8]如表1所示。

［11］TAPPONNIER P，XU Z，ROGER F，et al.Oblique stepwise rise and growth of the Tibet Plateau［J］.Science，2001，294：1671－1677.

［12］COOK K，ROYDEN L.The role of crustal strength variations in shaping orogenic plateaus，with application to Tibet［J］.Journal of Geophysical Research，2008，113，B08407，doi：10.1029／2007JB005457.

［13］ZHOU J，XU F，WEI C，et al.Shortening of analogue models with contractive substrata：Insights into the origin of purely landward－vergent thrusting wedge along the Cascadia subduction zone and the deformation evolution of Himalayan－Tibetan orogen［J］.Earth and Planetary Science Letters，2007，260：313－327.

［14］CTTON J，KOYI H.Modeling of thrust fronts above ductile and frictional detachments：application to structures in the Salt Range and Potwar Plateau，Pakistan［J］.Geol Soc Amer Bull，2000，112：351－363.

［15］COSTA E，VENDEVILLE B.Experimental insights on the geometry and kinematics of fold－and－thrust belts above weak，viscous evaporitic decollement［J］.Journal of Structural Geology，2002，24：1729－1739.

［16］LUJAN M，STORTI F，BALANYA J，et al.Role of decollement material with different rheological properties in the structure of the Aljibe thrust imbricate（Flysch Trough，Gibraltar Arc）：an analogue modelling approach［J］.Journal of Structural Geology，2003，25：867－881.

［17］BONINI M.Deformation patterns and structural vergence in brittle－ductile thrust wedges：an additional analogue modelling perspective［J］.Journal of Structural Geology，2007，29：141－158.

［18］GUTSCHER M，KLAESCHEN D，F(xiàn)LUEH E，MALAVIEILLE J.Non－Coulomb wedges，wrong－way thrusting，and natural hazards in Cascadia ［J］.Geology，2001，29：379－382.

［19］MARQUES F，COBBOLD P.Topography as a major factor in the development of arcuate thrust belts：insights from sandbox experiments［J］.Tectonophysics，2002，348：247－268.

［20］MARQUES F，COBBOLD P.Effects of topography on the curvature of fold－and－thrust belts during shortening of a 2－layer model of continental lithosphere ［J］.Tectonophysics，2006，415：65－80.

［21］CRUZ L，MALINSKI J，WILSON A，et al.Erosional control of the kinematics and geometry of fold－and－thrust belts imaged in a physical and numerical sandbox［J］.Journal of Geo－physical Research，2010，115：B09404，doi：10.1029／2010JB007472.

［22］TAPPONNIER P，PELTZER G.，LE DAIN A Y，ARMIJO R.Propagating extrusion tectonics in Asia：new insights from simple experiments with plasticine［J］.Geology，1982，10：611－616.

［23］ZHANG P，SHEN Z，WANG M，et al.Continuous deformation of the Tibetan Plateau from global positioning system data［J］.Geology，2004，32：809－812.

［24］GAN W，ZHANG P，SHEN Z，et al.Present－day crustal motion within the Tibetan Plateau inferred from GPS measurements［J］.Journal of Geophysical Research，2007，112：B08416，doi：10.1029／2005JB004120.

［25］BUCHANAN P，MCCLAY K.Experiments on basin inversion above reactivated domino faults［J］.Marine and Petroleum Geology，1992，9：486－500.

［26］BUCHANAN P，MCCLAY K.Sandbox experiments of inverted listric and planar fault systems［J］.Tectonophysics，1991，188：97－115.

［27］周建勛，徐鳳銀，朱戰(zhàn)軍.從反轉(zhuǎn)構(gòu)造的砂箱模型看柴達(dá)木早－中侏羅世盆地的構(gòu)造性質(zhì) ［J］.地質(zhì)科學(xué)，2002，37：430－435.