何文剛 余一欣 鄭學(xué)賢 周 杰 江明倩 羅麗虹

（1.遵義師范學(xué)院土木工程系 貴州遵義 563006；2.葡萄牙里斯本大學(xué)科學(xué)院 葡萄牙里斯本 1749-016；3.中國石油大學(xué)（北京）油氣資源與探測國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 北京 102249；4.中國石油集團(tuán)東方地球物理勘探有限責(zé)任公司海洋物探處 天津 300457）

前陸盆地是位于造山帶和穩(wěn)定的克拉通之間的構(gòu)造變形區(qū)域，而背馱式盆地是前陸盆地中比較常見的一類盆地。所謂背馱式盆地，是逆沖構(gòu)造體系中，相鄰的兩逆沖板片之間形成的凹陷地帶（Ori and Friend，1984；Chanvry et al.，2018）。前陸盆地分布面積比較廣泛，在全世界各大山系的周緣幾乎都有前陸盆地分布，如加拿大的卡爾加里前陸盆地、扎格羅斯褶皺—沖斷帶的前陸盆地、中亞阿姆河前陸盆地、中國新疆的庫車前陸盆地、四川前陸盆地和青海的柴達(dá)木前陸盆地等（圖1）。同時，前陸盆地因富集大量的油氣和礦產(chǎn)資源而受到廣泛關(guān)注。為此，前人對前陸盆地進(jìn)行了廣泛的研究（Davis et al.，1983；Sherkati et al.，2006）。在橫向結(jié)構(gòu)特征上，可以把前陸盆地分成典型的造山楔、前淵和前陸穩(wěn)定克拉通區(qū)域（De Celles and Giles，1996）。同時，前人利用區(qū)域地質(zhì)資料、地球物理和鉆測井資料，清晰地揭示了部分前陸盆地的逆沖構(gòu)造層序，前陸地區(qū)的地層、沉積相帶分布和巖相組成等（De Celles and Giles，1996；Bonini，2007；Burchfiel et al.，2008；Wu et al.，2014）。在形成機(jī)制和動力學(xué)特征研究上，表明前陸盆地是受到造山帶的擠壓作用所形成。但是，并不是所有前陸褶皺—沖斷帶都可以形成背馱式盆地，而是需要具備一定的構(gòu)造地質(zhì)條件。到目前為止，對前陸盆地的形成和控制因素的模擬研究，前人開展了淺表構(gòu)造、剝蝕、擠壓方向、物質(zhì)遷移沉積作用的相關(guān)研究（Graveleau et al.，2015；鄧賓等，2018，2022；Borderiea et al.，2019；Soto et al.，2020；Zuffetti and Bersezio，2021）。但前人只是討論了控制前陸盆地形成的主要因素，沒有回答在什么條件可以形成前陸或者是背馱式盆地，相關(guān)的模擬研究仍然相對缺乏，尤其是背馱式盆地形成機(jī)制的物理模擬分析，仍有待于進(jìn)行更深入地研究和探討。

圖1 背馱式盆地及前陸褶皺—沖斷帶結(jié)構(gòu)模式圖Fig.1 Structural model of the piggyback basin and foreland fold-thrust belt

物理模擬是當(dāng)前研究造山帶和前陸盆地比較有效的分析手段，它可以為理解前陸盆地的形成機(jī)制提供構(gòu)造物理學(xué)證據(jù)（Buiter，2012；Graveleau et al.，2012）。為此，本研究在前人研究的基礎(chǔ)上，根據(jù)基底摩擦屬性和脆性層厚度，設(shè)計了兩個系列5組石英砂和硅膠組合模型，對背馱式盆地的地貌特征及形成機(jī)制進(jìn)行了研究探討，為進(jìn)一步理解前陸盆地的形成及變形演化過程提供重要的理論參考。

1 模型設(shè)計

1.1 模型構(gòu)建思路

造山帶的模擬研究表明，影響前陸盆地構(gòu)造變形的控制因素有沉積厚度、抬升速率、韌性層厚度、擠壓變形速率和加載與卸載作用等（Graveleau et al.，2012；He，2020）。但是，針對基底摩擦屬性和脆性層厚度對背馱式盆地形成及其地貌的影響還缺乏系統(tǒng)深入的研究。為此，本論文設(shè)計了兩個系列5組模型對其進(jìn)行探討。

第一個系列是基底摩擦屬性差異對背馱式盆地形成的影響。對此，前人開展了基底摩擦屬性對褶皺—沖斷帶的變形演化的影響模擬研究（Calassou et al.，1993；Bonini，2007；Zhou et al.，2016；He et al.，2018）。但是，大多都是探討褶皺—沖斷帶的變形演化（Bonini，2007），而針對背馱式盆地影響的基底摩擦屬性分析并不十分多見，為此，本文對其專門開展了相關(guān)的模擬分析研究。

第二個系列就是脆性層的厚度對背馱式盆地地貌形成的影響。有關(guān)脆性層厚度對褶皺—沖斷帶的變形樣式的研究，前人已開展了很多的研究工作（Marshak and Wilkerson，1992；Bonini，2003；Sherkati et al.，2006）。但是，脆性層厚度控制背馱式盆地地貌特征的研究分析還比較少見。同時，在研究工作中還發(fā)現(xiàn)，沒有足夠厚度的脆性很難形成背馱式盆地。為此，設(shè)計了不同脆性層厚度的模型對此進(jìn)行模擬分析探討。

1.2 模型構(gòu)建

模擬實(shí)驗(yàn)在葡萄牙里斯本大學(xué)構(gòu)造物理模擬實(shí)驗(yàn)室完成。實(shí)驗(yàn)裝置長800 mm，寬300 mm，高150 mm（圖2a）。每一組實(shí)驗(yàn)的擠壓速度均為25 cm/h。為了減小側(cè)向摩擦的影響，每組模型均沒有側(cè)向擋板。實(shí)驗(yàn)過程中均進(jìn)行延時拍照，并進(jìn)行切片以顯示其內(nèi)部的構(gòu)造特征，而且對每一組模型均進(jìn)行了重復(fù)性驗(yàn)證。

（1）基底摩擦屬性差異模型

模型1中擠壓端為韌性基底，硅膠層厚5 mm，石英砂厚15 mm，擠壓速率為25 cm/h。用硅油對模型1靠近擠壓端的硅膠層基底進(jìn)行涂抹，以減少基底摩擦力的影響（圖2b）。模型2的基底硅膠層厚仍然是5 mm，遠(yuǎn)離擠壓端的基底為硅膠，而靠近擠壓端用微玻璃珠減小基底摩擦強(qiáng)度，上覆脆性層厚度15 mm（圖2c）。模型3中靠近擠壓端為脆性石英砂，未減小基底摩擦力。而遠(yuǎn)離擠壓端基底為硅膠，并用硅油減小基底摩擦力，其上覆脆性層的厚度仍然為15 mm（圖2d）。

圖2 背馱式盆地形成的物理模擬設(shè)計Fig.2 Analogue modelling design of the piggyback basin

（2）沉積層厚度差異模型

模型4和模型5的基底屬性一致，均對基底進(jìn)行硅油涂抹，以減小整個基底的摩擦強(qiáng)度影響?；坠枘z層厚度均為5mm，但上覆脆性層厚度不同，模型4和模型5的上覆石英砂厚度分別為10 mm和15 mm（圖2e、圖2f）。

1.3 模型參數(shù)及相似性

松散的石英砂是目前模擬上地殼脆性變形較為理想的材料，已在前陸盆地模擬研究中得到了廣泛應(yīng)用（Graveleau et al.，2012；He et al.，2018；Butler et al.，2020）。實(shí)驗(yàn)中使用的石英砂密度為1 600 kg/m3，粒徑為0.3 mm，內(nèi)摩擦角30°，內(nèi)摩擦系數(shù)0.6，內(nèi)聚力80 Pa。硅膠PDMS在室溫25℃下的粘度為2.5×104Pa·s，密度為965 kg/m3。模擬中的運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)參數(shù)計算參照Hubbert（1937）和Weijermars et al.（1993），具體參數(shù)詳見表2。

表2 模型材料和相似性系數(shù)（參照Hubbert，1937；Weijermars et al.，1993）Table 2 Model materials and scaling（referenced from Hubbert，1937；Weijermars et al.，1993）

1.4 模型局限性

本文針對背馱式盆地形成的地貌特征及其成因機(jī)制進(jìn)行研究，重點(diǎn)是從基底摩擦屬性和脆性厚度這兩個方面開展相關(guān)的物理模擬分析。盡管做了大量的研究工作，但是未開展如剝蝕和沉積作用、加載與卸載作用等其它參數(shù)的影響分析，難免對研究的結(jié)果和認(rèn)識具有一定局限性，有待于后續(xù)進(jìn)行更深入地對比分析研究。

表1 模型參數(shù)Table 1 Model parameters

2 模擬結(jié)果

2.1 基底韌性層且靠近擠壓端減小基底摩擦力模型的模擬結(jié)果

模型1縮短量為30 cm，縮短率為37.5%。在平面上形成了5條大的褶皺帶?？拷鼣D壓端的褶皺弧形彎曲度較大，而靠近前陸地區(qū)褶皺弧度有所減小?？拷鶐У南噜弮蓚€褶皺帶之間的間距大小較為接近，而到了前陸構(gòu)造帶，褶皺帶之間的間距有所增大（圖3a、圖3b）。平行于擠壓方向的切片顯示，形成了3條大的逆沖斷裂和2條明顯的反沖調(diào)節(jié)斷裂?？拷鼣D壓端的逆沖斷裂的傾角要比靠近前陸構(gòu)造帶的逆沖斷裂大。在構(gòu)造樣式上，主要是形成前沖斷裂和斷層相關(guān)褶皺（圖3c、圖3d）。在前沖構(gòu)造帶的基底，可見明顯的韌性層硅膠增厚現(xiàn)象。從擠壓端至前緣，整體可劃分為根帶，前沖構(gòu)造帶、沖起構(gòu)造帶和前陸未變形構(gòu)造帶。本模型未形成明顯的背馱式盆地。

圖3 模型1模擬測試結(jié)果（脆性層厚15 mm）Fig.3 Analogue modeling results of model 1

2.2 遠(yuǎn)離擠壓端韌性基底且靠近擠壓端減小摩擦力模型的模擬結(jié)果

模型2縮短量為30 cm，縮短率為37.5%。在平面上形成了8條弧形褶皺構(gòu)造帶，而靠近擠壓端的褶皺軸跡比較平直，而遠(yuǎn)離擠壓端的褶皺軸跡則較為彎曲。褶皺帶的隆起幅度存在差異，從根帶向前陸，呈現(xiàn)一個窄條帶小幅度褶皺和兩個寬而且幅度大的褶皺相互疊置現(xiàn)象，而且單個褶皺帶在走向上的寬度大小也不均一（圖4a、圖4b）。平行擠壓方向的切片顯示，從根帶到前陸構(gòu)造帶，主要形成向前的逆沖斷裂和反向調(diào)節(jié)斷裂，只有接近前陸未變形區(qū)域，才形成了沖起構(gòu)造。其構(gòu)造樣式比較單一，以前沖為主，仍然未形成明顯的背馱式盆地（圖4c、圖4d）。

圖4 模型2模擬測試結(jié)果Fig.4 Analogue modeling results of model 2

2.3 遠(yuǎn)離擠壓端韌性基底且減小基底摩擦力模型的模擬結(jié)果

模型3仍然是擠壓縮短30 cm，縮短率為37.5%。在平面上形成了8個褶皺帶，包括7個背斜構(gòu)造和1個背馱式向斜構(gòu)造。褶皺軸跡在橫向上的連續(xù)性較差，呈現(xiàn)彌散性特征（圖5a、圖5b）?？拷鼣D壓端形成疊瓦式逆沖斷裂，接著是背馱式前陸盆地、對稱性沖起構(gòu)造帶。在褶皺—沖斷帶形成了明顯差異的構(gòu)造樣式（圖5c、圖5d）。與模型2相比，模型3的基底摩擦強(qiáng)度減小，但出現(xiàn)了明顯的背馱式地貌形態(tài)，而模型2未見背馱式的地貌特征。

圖5 模型3模擬測試結(jié)果Fig.5 Analogue modeling results of model 3

2.4 脆性層較薄模型的模擬結(jié)果

模型4的縮短量為30 cm，縮短率為37.5%。形成了構(gòu)造走向上不連續(xù)的褶皺帶。褶皺—沖斷帶中部的褶皺幅度較大，而兩側(cè)褶皺幅度較小，呈現(xiàn)數(shù)量多、彌散性分布的特點(diǎn)。在褶皺—沖斷帶的根帶，基底硅膠層出露地表。在褶皺—沖斷帶的中部和前緣區(qū)域，見明顯的底辟構(gòu)造（圖6a、圖6b）。平行擠壓方向的切片顯示，根帶的硅膠層近似直立，而且大量出露在模型靠近擠壓擋板的一側(cè)，上覆倒轉(zhuǎn)構(gòu)造疊加在基底的前沖斷裂之上。褶皺—沖斷帶的根帶和中部褶皺帶過渡區(qū)，形成典型的地貌盆地，即背馱式盆地。在前陸盆地的外側(cè)，基底硅膠層厚度增大，形成核部為韌性層底辟所伴生的褶皺，而且底辟形態(tài)特征為朵狀結(jié)構(gòu)（圖6c、圖6d）。

圖6 模型4模擬測試結(jié)果（脆性層厚10 mm）Fig.6 Analogue modeling results of model 4（thickness of brittle layer is 10 mm）

2.5 脆性層較厚模型的模擬結(jié)果

模型5的縮短量為30 cm，縮短率為37.5%。在平面上形成了多條褶皺帶。褶皺—沖斷帶中部的褶皺軸跡比較連續(xù)，隆起幅度也較大，而到了其兩側(cè)和前緣區(qū)域，形成的褶皺幅度小而不連續(xù)?？拷鼣D壓端的褶皺軸跡較為平直，而遠(yuǎn)離擠壓端的褶皺軸跡的彎曲幅度越來越大，并且在地貌上形成了非常完美的周緣盆地結(jié)構(gòu)（圖7a、圖7b）。平行擠壓方向的切片顯示，在褶皺—沖斷帶的根帶，形成倒轉(zhuǎn)和前沖構(gòu)造，再疊置倒轉(zhuǎn)的構(gòu)造樣式。與根帶緊鄰是地貌盆地，在地貌盆地的外側(cè)形成多個蘑菇狀的底辟構(gòu)造（圖7a、圖7b）。整體上，從褶皺—沖斷帶的根帶至前緣，構(gòu)造樣式主要是由倒轉(zhuǎn)逆沖斷裂、前沖斷裂、再倒轉(zhuǎn)逆沖斷裂到前緣褶皺的組合特征（圖7c、圖7d）。

圖7 模型5模擬測試結(jié)果（脆性層厚15 mm）Fig.7 Analogue modeling results of model 5（thickness of brittle layer is 15 mm）

3 討 論

上述5組模型的模擬結(jié)果均形成了褶皺—沖斷帶的前沖構(gòu)造特征，但是模擬結(jié)果具有較大差異（圖4～圖7）。通過對比不同模型的模擬結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)基底性質(zhì)對褶皺—沖斷帶的構(gòu)造樣式具有重要的影響。軟弱的基底有利于形成大量的褶皺，而脆性基底則形成逆沖斷裂為主。但是因基底性質(zhì)的不同，形成背馱式盆地的難易程度有所區(qū)別。前陸構(gòu)造帶韌性基底未減小摩擦強(qiáng)度，而靠近擠壓一端無論是韌性基底或者基底減小摩擦強(qiáng)度，都不利于形成背馱式前陸盆地（模型1、模型2）。前陸構(gòu)造帶減小基底強(qiáng)度，則靠近擠壓端無論是韌性基底還是脆性基底，對形成背馱式前陸盆地都是有利的（模型3、模型4、模型5）。模型4和模型5的模擬結(jié)果表明，增加褶皺—沖斷帶的上覆脆性層厚度，有利于形成更為清晰的背馱式盆地（圖6，圖7）。這究竟是什么內(nèi)在機(jī)制在影響和控制背馱式前陸盆地的形成，其內(nèi)在的力學(xué)性質(zhì)是什么？值得進(jìn)一步的分析和探討。

3.1 基底摩擦屬性的影響

基底摩擦屬性模型的模擬結(jié)果表明，整個基底韌性結(jié)構(gòu)，擠壓端的基底減小摩擦強(qiáng)度，遠(yuǎn)離擠壓端的韌性基底未減小摩擦強(qiáng)度，褶皺—沖斷帶形成的構(gòu)造樣式以向前的逆沖構(gòu)造層序?yàn)橹?。大量的?yīng)變累積在褶皺—沖斷帶的根帶，形成向前緣逆沖的褶皺和逆沖斷層，無法在地貌上形成背馱式盆地。其原因是由于前陸構(gòu)造帶未減小基底摩擦力，具有較大的剪切強(qiáng)度。盡管根帶具有較大的基底摩擦力，當(dāng)應(yīng)力傳遞到褶皺—沖斷帶的中部和前緣區(qū)域時，應(yīng)變無法被有效釋放，使得根帶和褶皺帶之間難以形成地貌盆地（模型1）。當(dāng)褶皺—沖斷帶的根帶減小基底強(qiáng)度，應(yīng)變快速地傳遞到具有韌性基底的位置，由于來自于擠壓一端的脆性層剪應(yīng)力不足與前緣應(yīng)力抗衡，導(dǎo)致來自褶皺—沖斷帶的物質(zhì)爬升越過前緣的基底，形成前沖構(gòu)造而無法產(chǎn)生地貌背馱式前陸盆地（模型2）。相反，當(dāng)褶皺—沖斷帶的根帶是脆性基底，在擠壓變形過程中，會形成較大的剪應(yīng)力，該剪應(yīng)力傳遞到前緣構(gòu)造帶，因前緣具有較低的剪應(yīng)力，使得平行于擠壓方向的最大主應(yīng)力克服了前緣的阻擋，利于形成地貌形態(tài)清晰的背馱式盆地（模型3）。對于脆—韌性層結(jié)構(gòu)的褶皺—沖斷帶，在變形演化過程中，當(dāng)靠近根帶的基底剪應(yīng)力大于前緣構(gòu)造帶的基底剪應(yīng)力，則有利于形成背馱式盆地，而且上覆脆性層的厚度越大，形成的背馱式盆地的地貌特征越明顯（模型4、模型5）。因此，褶皺—沖斷帶的不同區(qū)域之間的基底具有摩擦強(qiáng)度差，或者在褶皺—沖斷帶的根帶和前陸之間的動力學(xué)平衡條件具有明顯差異，根帶的剪應(yīng)力大于前緣，而且不會造成局部應(yīng)變過于集中，這樣才有利于背馱式盆地的形成。

3.2 脆性層的厚度對背馱式盆地的影響和控制

模型5的脆性層厚度為15 mm，其初始狀態(tài)的脆性層剪應(yīng)力為221 Pa。基底韌性層的厚度為5 mm，基底韌性層剪應(yīng)力為347 Pa，其脆性層與韌性層的強(qiáng)度比為0.64。隨著擠壓位移的增大，脆性層的厚度越來越大，其脆性層的剪應(yīng)力也快速增大，形成了脆性層的剪應(yīng)力遠(yuǎn)大于韌性層的剪應(yīng)力現(xiàn)象。有利于在褶皺—沖斷帶的根帶形成較高的脆韌性強(qiáng)度比。而模型4的脆性層厚度為10 mm，其初始狀態(tài)的脆性層剪應(yīng)力為174 Pa，基底韌性層剪應(yīng)力仍然為347 Pa，脆性層與韌性層的強(qiáng)度比為0.5。但是，隨著擠壓位移的增大，脆性層的厚度發(fā)生增厚現(xiàn)象并不十分明顯。盡管在地貌上也是形成了背馱式盆地，但形成的地貌盆地幅度沒有模型5的特征明顯（圖6d，圖7d）。

當(dāng)然，從脆、韌性層的角度討論構(gòu)造變形樣式及運(yùn)動學(xué)特征的形成，前人已經(jīng)開展了較多的研究工作（Smit et al.，2003；Bonini，2007）。但是，前人并沒有回答背馱式盆地的形成是由基底摩擦屬性差異和脆性層的厚度所決定的。同時，本研究還發(fā)現(xiàn)，只要在擠壓端具有較厚的脆性層，在變形過程中就極可能形成較厚的楔形體，這也才更有利于形成背馱式盆地。

3.3 背馱式盆地形成的應(yīng)力特征分析

為什么在模型1和模型2條件下不能形成形態(tài)清晰的背馱式盆地，而在模型3、模型4和模型5條件可以形成背馱式盆地，而且脆性層的厚度越大，形成的背馱式盆地結(jié)構(gòu)特征越清晰？應(yīng)力圖解表明，背馱式盆地兩側(cè)的應(yīng)力平衡具有重要的控制作用（圖8）。

從圖8來看，沒有形成背馱式盆地的構(gòu)造帶的各個區(qū)域的應(yīng)力狀態(tài)幾乎一致，并且褶皺—沖斷帶根帶的脆—韌性層的剪應(yīng)力之和也比較?。▓D8a、圖8b）。形成具有背馱式地貌形態(tài)特征的模型，其上覆脆性層的剪應(yīng)力和基底韌性層的剪應(yīng)力均較大，其脆、韌性層的剪應(yīng)力之和也比較大（圖8c、圖8d）。具有背馱式發(fā)育的模型，由褶皺—沖斷帶的根帶向前陸，脆、韌性層的剪應(yīng)力均呈逐漸減小的趨勢。這表明背馱式盆地形成，其平行擠壓方向的兩側(cè)需要一定的應(yīng)力差，而且根帶的剪應(yīng)力需要大于前緣構(gòu)造帶的剪應(yīng)力。同時，地貌形態(tài)特征極為明顯的背馱式盆地，其根帶的基底韌性層的剪應(yīng)力還需大于其脆性層的剪應(yīng)力，而背馱式盆地地貌特征不夠明顯的構(gòu)造帶，呈現(xiàn)基底韌性層的剪應(yīng)力小于其脆性層的剪應(yīng)力。這一研究成果較好地回答了背馱式盆地的形成需要一定的應(yīng)力平衡條件，對進(jìn)一步認(rèn)識和理解背馱式盆地的形成機(jī)制具有重要意義。

圖8 褶皺—沖斷帶的根帶、褶皺帶和前緣的剪應(yīng)力分布特征Fig.8 Shear stress distribution characteristics of the hinterland zone，fold zone，and front edge of the fold-thrust zone（after Bonini，2007；He et al.，2018）

3.4 實(shí)例分析

典型的背馱式盆地實(shí)例如印度與亞洲碰撞形成的青藏高原及其周緣的四川盆地、柴達(dá)木盆地和塔里木盆地等，本文重點(diǎn)對四川盆地進(jìn)行對比分析。前人針對四川盆地的變形演化已開展了較多的研究（Robert et al.，2010；Gao et al.，2016）。前人通過深部地球物理解析，表明龍門山、四川盆地及川東構(gòu)造的形成與印度亞洲的碰撞有關(guān)，而且也可以用北西向南東的擠壓和俯沖模型進(jìn)行解釋（Gao et al.，2016）。因此，本研究的物理模型與前人的解釋模型相似，可以對四川盆地這一背馱式盆地進(jìn)行構(gòu)造物理學(xué)分析。四川盆地靠近北西龍門山一帶，具有較厚的地殼厚度，約40 km；而到了川東構(gòu)造帶，地殼厚度減小到25 km（Gao et al.，2016）。地層主要由前寒武紀(jì)結(jié)晶基底和上覆晚新元古代—中生代的淺海和陸源碎屑組成（Burchfiel et al.，2008）。盆地北西一側(cè)逆沖斷裂和褶皺發(fā)育，盆地中部主要是變形微弱的地殼結(jié)構(gòu)，而到了川東地區(qū)，則分布大量的斷層相關(guān)褶皺（He et al.，2018）。結(jié)合區(qū)域構(gòu)造及地貌特征，本文的模型厚度1 cm，代表實(shí)際地殼厚度10 km。結(jié)果表明，地殼物質(zhì)厚度小于10 km和川東構(gòu)造帶基底摩擦強(qiáng)度太大或太小，都不利于四川盆地的形成（圖3，圖9）。盡管有學(xué)者認(rèn)為四川盆地是剛性的克拉通盆地（Burchfiel et al.，2008；Robert et al.，2010），與本文認(rèn)為是背馱式盆地的觀點(diǎn)不一致，但本文物理模擬表明青藏高原的隆升形成的巨大地殼厚度為四川背馱式盆地地貌結(jié)構(gòu)形成提供了非常有利的條件（圖7b、圖7d），并且具有極為關(guān)鍵的控制作用，對進(jìn)一步理解該區(qū)的邊界結(jié)構(gòu)及背馱式盆地的形成演化具有重要的參考價值。

圖9 四川盆地及鄰區(qū)實(shí)際的地貌特征Fig.9 Geomorphic characteristics of Sichuan Basin and its adjacent areas

4 結(jié)論與認(rèn)識

本文通過物理模擬實(shí)驗(yàn)證實(shí)，基底摩擦屬性和脆性層的厚度對背馱式盆地地貌結(jié)構(gòu)的形成具有重要的控制作用?；啄Σ翉?qiáng)度差，有利于形成褶皺—沖斷帶的根帶和前陸褶皺帶之間差異的剪應(yīng)力條件，褶皺—沖斷帶的根帶具有較大的脆—韌性層剪應(yīng)力，或具有一定厚度的脆性層，對背馱式盆地的形成都具有較大的促進(jìn)作用。而褶皺—沖斷帶的根帶剪應(yīng)力太小，或者褶皺—沖斷帶的前緣區(qū)域的剪應(yīng)力太大，都不利于背馱式盆地的形成。

模擬結(jié)果進(jìn)一步表明，形成清晰背馱式盆地的模型，從褶皺—沖斷帶的根帶到前陸構(gòu)造帶之間，其剪應(yīng)力具有逐漸減小的趨勢，而未形成清晰背馱式盆地的模型，在褶皺—沖斷帶的各個區(qū)帶之間，不具明顯的應(yīng)力差。這表明，背馱式盆地的形成與褶皺—沖斷帶根帶的應(yīng)力與前緣褶皺帶的應(yīng)力具有緊密的關(guān)系，而且它們之間需要滿足一定的動力學(xué)平衡，才能有利于背馱式盆地的形成。

模擬結(jié)果結(jié)合四川背馱式盆地特征，研究進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，四川背馱式盆地的形成與青藏高原的強(qiáng)烈隆升提供的應(yīng)力和川東的基底性質(zhì)條件等緊密相關(guān)。強(qiáng)烈隆升的青藏高原為四川背馱式盆地的形成提供了有利的應(yīng)力條件，川東構(gòu)造帶的基底韌性層則在一定程度上改變了該區(qū)的基底摩擦強(qiáng)度，這為四川背馱式盆地的形成奠定了有利的物質(zhì)基礎(chǔ)。本文研究為進(jìn)一步深入理解背馱式盆地的形成提供了極為寶貴的構(gòu)造物理學(xué)證據(jù)。

致 謝本研究在里斯本大學(xué)Fernando、Filip、Joao等3位教授的幫助下完成。向他們的辛勤付出表示最衷心的感謝。