冲断带位于造山带与前陆盆地之间的过渡地带，是由造山带向盆地方向大规模逆冲推覆所形成的冲断系统(Morley，1986；Declles and Giles, 1996；罗志立，1984；刘和甫，1993；刘树根等，2005).国外典型前陆冲断带，如扎格罗斯山前、落基山冲断带，分别是“A”型俯冲和“B”型俯冲背景下发育而成的(Dickinson, 1974；Bally and Snelson, 1980).中国中西部冲断带的发育并没有板块俯冲的构造背景，而是古特提斯域在新特提斯构造时期的再活动，即古板块“镶嵌式”拼接成陆后的再冲断，属于陆内变形(Lu et al., 1994；贾承造等，2013；Zhao et al., 2014).随后，众多学者根据冲断带的变形特征提出了“C型俯冲盆地”(罗志立，1984)、“碰撞继承盆地”(Graham et al., 1993)、“再生前陆盆地”(Lu et al., 1994)、“晚期前陆盆地”(何登发等，1996)等命名学说.近年来，诸多学者先后对龙门山、六盘山、天山、昆仑山等冲断带开展了深地震测深、深地震反射、宽频地震观测、电-磁结构、热-流变学结构等地球物理学研究(Zhao et al., 2008；Gao et al., 2013；刘绍文等，2008；杨文采等，2012；董树文等，2014)，并指出岩石圈的构造变形、力学结构具有分层性和解耦性.然而，中西部冲断带受多期构造叠加，构造变形十分复杂，使得采集的浅层地震资料品质差，造成地球物理资料解释和地质建模具有多解性.前人仍对冲断带的差异收缩变形模式、高角度逆断层成因、深部地质结构、陆内挤压变形机制等方面存在较多争论.

本文在前人研究的基础上，利用近年来油气勘探获得的精细三维地震、钻测井结果，Sinoprobe获得的深地震、地震波速度场等资料，对冲断带的深、浅部进行了构造解析和地质建模；然后，根据相似性原则将其转化成实验模型，并完成了滑脱层差异分布实验；依据实验反馈信息，分析了冲断带构造变形的分层、分带特征以及高角度逆冲断层渐变规律的形成机制，循环优化了地球物理资料的构造解析和地质建模.

中国中西部是由十余个克拉通或块体拼贴而成的大陆板块，山前地区分布着众多既有前陆盆地特征，又兼具“中国特色”的沉积盆地和冲断带(李本亮等, 2007, 2009).构造区划上，该区域位于东特提斯构造域(李三忠等, 2016a, b )，造山带包括昆仑山、天山、哈扎山、祁连山、贺兰山、六盘山、龙门山、米仓山、大巴山、武陵山等，沉积盆地包括塔里木盆地、准噶尔盆地、柴达木盆地、酒泉盆地、鄂尔多斯盆地、四川盆地等，冲断带位于这些造山带与盆地之间(图 1).构造演化上，天山南北两侧、昆仑山前为喜马拉雅期再生前陆盆地与印支期周缘-弧后前陆盆地的叠合，鄂尔多斯西缘、四川盆地周缘是喜马拉雅期冲断改造印支期周缘前陆盆地，准噶尔西北缘为印支期周缘前陆盆地，祁连山南北两侧为喜马拉雅期再生前陆盆地(杨树锋等，2002；李本亮等，2009；贾承造等，2013).成因机制上，由于印度板块与青藏高原陆陆碰撞，研究区地壳在巨大水平压力下向北东传播并造成造山带复活和盆地挠曲沉降.该区域被称为环青藏高原盆山体系或喜马拉雅期构造变形域.

图 1

Fig. 1

图 1 中西部冲断带分布(底图据Google Earth) Fig. 1 The distribution of thrust belts in Central-West China (base maps from Google Earth)

对于浅层构造变形，冲断带的特征表现为“横向分带、垂向分层、纵向分段”(贾承造, 2000, 2002；何登发, 1996, 2009).横向分带是指山前带变形样式、强度、时间等从造山带到盆地表现出的有序性，如塔北南天山、川北米仓山前的冲断带按变形样式和强度可划分为厚皮带、过渡带和薄皮带(图 2).厚皮带的构造变形以中、高角度逆冲断层和复式褶皱为主，构造属性上为造山带；断层向上发育至地表，向下延伸入基底；褶皱变形强烈，两翼紧闭或地层倒转.过渡带以逆冲叠瓦构造或双重构造为主，构造属性上为盆地；塑性滑脱层阻止基底断层继续向上延伸并发育滑脱断层，下部构造形态呈三角带或堆叠背形构造；该带断层自腹陆向前陆方向倾角逐渐减小，断面由上凸变为下凹，相应断片由垂向叠置变为侧向叠置.薄皮带构造变形以逆冲断层、断层相关褶皱、膝褶构造为主，断层滑脱于盖层底面或内部塑性滑脱层.若冲断带不发育滑脱层或滑脱层薄弱，断层构造样式只发育叠瓦式.在变形时序方面，冲断带自腹陆向前陆的变形时间依次渐新，如米仓山冲断带的米仓山、大两会背斜、四川盆地的变形时间依次为100Ma、70~90Ma、< 40Ma(邓宾等，2013).

图 2

Fig. 2

图 2 南天山(a)和米仓山(b)冲断带浅层构造特征(剖面位置见图 1) Fig. 2 Shallow structural characteristics of South Tianshan(a) and Micangshan(b)(location in Fig. 1)

垂向分层是指冲断带自古而今、自深而浅在盆地原型、沉积层序、构造变形等多属性方面具有叠合特征.盆地原型的分层是指中西部前陆盆地的构造背景演化具有多期叠合性，可概括为裂谷或被动大陆边缘、A型或B型俯冲、陆内变形三个阶段，如南天山冲断带在震旦纪-早奥陶世为被动大陆边缘，在中奥陶世-石炭纪为A、B型俯冲背景，二叠系以来为陆内变形.沉积层序的分层性是指前前陆层序为海相沉积体系，前陆层序为陆相沉积体系，如龙门山冲断带的古生界和三叠系为海相，侏罗系及以上为陆相.构造变形分层是指由于壳内韧塑性层的存在，分隔了滑脱层之上、下覆层的构造变形.上覆层的构造样式以断层相关褶皱、逆冲断层系、生长褶皱等为主，下覆层以逆冲断层系为主，且上、下覆层的构造变形不协调，如南天山冲断带的古近系库姆格列木群盐岩将该冲断带分隔成上、下两层(图 2a).塑性层类型包括沉积盖层内的泥页岩、煤系、盐岩、膏盐等，以及中地壳高导低速体，如米仓山冲断带的三叠系嘉陵江组膏岩(图 2b).以上垂向分层特征在不同冲断带可能存在重复或缺失，如北天山冲断带具有两个陆内冲断变形阶段——晚二叠世-三叠纪冲断、新近纪-第四纪冲断(李本亮等，2009).

纵向分段是指冲断带沿构造走向在构造样式、变形强度、变形范围等方面具有的差异性，如龙门山前冲断带分为三段.北段印支晚期基本定型，变形程度强、层次深，滑脱层主要为志留系龙马溪群、茂县群，构造样式以叠瓦冲断和双重构造为主；南段喜马拉雅期定型，变形程度相对弱、层次浅，滑脱层还包括三叠系嘉陵江组、雷口坡组、须家河组等，构造样式以双重构造为主；中段燕山期定型，喜马拉雅期强烈改造，构造样式、变形强度介于南、北两段之间(徐旭辉等，1993；邓宾，2013).此外，段与段之间通常存在调节断层，如准噶尔西北缘冲断带被红山嘴断裂和黄羊泉断裂分隔成红车断裂带、克拉玛依断裂带、乌夏断裂带.

最新的地震波速度场、深地震处理结果及其深部构造变形解释表明，冲断带及周围岩石圈的变形在垂向上具有明显的差异和解耦特征(刘绍文等，2008；高锐等，2011；Gao et al., 2013；Guo et al., 2015).在地震各向异性剖面上，变形强烈区位于两块体交接区域，块体内部变形相对较弱；岩石圈内部层间交错变形，如塔里木板块与天山、青藏高原的界限呈锯齿状；上地幔近水平叠置，如150~250 km深处正、负异常呈椭圆状交替出现(图 3a).在深地震剖面上，下地壳以发育多重交互逆冲的断层为特征，如龙门山地块下的Moho面被一系列逆冲断层交互错断(图 3b)；中地壳发育一系列近水平拆离断层，如塔里木西北缘冲断带发育的基底断层向下滑脱于约10.0 s处的中地壳(图 3c)；地壳上部以叠瓦冲断构造和垂向叠置为主要特征，如北天山冲断带的叠瓦构造(图 3d)、鄂尔多斯盆地内推覆构造形成的地层重复(图 3e).这些变形特征指示岩石圈陆内挤压变形具有解耦和不连续特征，而垂向上的这种变形差异主要是由岩石圈内流变不均一性、强度分层造成的(张长厚，2008).

图 3

Fig. 3

图 3 冲断带深部构造特征 (a)地震波各向异性剖面，底图据Chen等(2009); (b—e)为深地震剖面，底图分别据Guo等(2013)；侯贺晟等(2012)；刘保金等(2007)；Guo等(2015).剖面位置见图 1. Fig. 3 Deep structural characteristics of thrust belts (a) Strength and spatial extent of radial anisotropy, after Chen et al, 2009;(b—e) Seismic reflection profiles, after Guo et al., 2013; Hou et al., 2012; Liu et al., 2007; Guo et al., 2015. Sections located in Fig. 1

通过断面恢复和断层滑脱深度计算表明，冲断带基底断层向下滑脱于造山带15~26 km深处(吴磊等，2011;漆家福等，2013；谢会文等，2015).地球物理资料分析表明，造山带和盆地在该深度处通常发育高导低速层(体)，如龙门山前为18~23 km、四川盆地为20~25 km，贺兰山前约为20 km、鄂尔多斯盆地为21~23 km，天山前为19~27 km、塔里木盆地为25~28 km(Zhao et al., 2003；朱介寿，2008；闵刚，2012).同时，高导低速层形成了地壳内的脆-韧性转换层，其在构造变形中起的作用类似于沉积盖层中的塑性层.因此，冲断带的构造变形存在深、浅联动过程，且深、浅部地球物理资料的解释具有相互借鉴的意义.即上地壳发育的断层向下滑脱于上、中地壳内的韧性层，不再向下发育；错断Moho面的断层向上发育至中地壳的韧性层，亦不延伸进上地壳.那么，实验模型中的砂体需设计韧塑性层，以实现冲断带变形的垂向分层和解耦.

横向上，中西部地区热流变学研究表明，四川、塔里木等盆地的上地壳、中地壳上部、岩石圈地幔顶部为脆性，其余部分为韧性，岩石圈力学结构为强地壳-弱地幔的“奶油蛋糕型”；天山、青藏高原等造山带的上、中地壳表现为脆性，其下为韧性，岩石圈力学结构为弱地壳-强地幔的“果冻三明治”型(刘绍文等，2008).盆地与造山带的岩石圈力学结构差异性是“镶嵌式”冲断的主导因素：当造山带与盆地在横向上“挤压-碰撞”时，两者岩石圈力学结构表现为强-弱对置；相对高强度的造山带上地壳逆冲推覆于盆地之上，相对高强度的盆地下地壳俯冲于造山带之下；造山带与盆地的上地幔强度接近，两者水平压扁叠置；最终，造山带与盆地相互咬合，形成“镶嵌式”拼接.因此，实验模型中需设计两个不同流变性的砂体，以实现横向上造山带与盆地之间的作用和变形分带.

如前所述，中西部冲断带的构造变形要素包括：时间——多期叠加，主冲断期为新生代晚期；地点——复合大陆内部的古板块边缘；作用双方——岩石圈力学结构不同的两个块体，即造山带与盆地；动力源——新生代，印度板块对青藏高原的俯冲；演变过程——两块体“镶嵌式”拼接后的再冲断；影响因素—盆内滑脱层、块体几何边界、挤压作用强度和持续时间等.因此，实验模型的动力学模型应设计为：预置砂体1与砂体2接触，且分别模拟造山带和盆地；砂体1含水5%以增加其韧性和流动性，利于实现对砂体2的仰冲；砂体2为无色和色彩干砂，并内部设置硅胶层，以模拟塑性层对构造变形的影响；作用力方式采用单侧挤压模式，即应力和构造变形从砂体1向砂体2传递、扩展(图 4).因此，本文的动力学模型在横向和纵向上均设计了流变差异性，可称之为“挤压-碰撞模型”.

图 4

Fig. 4

图 4 挤压-碰撞实验模型 Fig. 4 The compression-collision model of physical modeling

构造物理模拟实验通常采用干燥松散的纯石英砂，以模拟地壳浅部沉积岩层的脆性形变；石英砂在自然重力场中的形变遵循莫尔-库伦破坏准则，破裂内摩擦角25~30°；实验采用的石英砂粒径约为150~200 μm，密度约1.3 g·cm^-3，黏结力约200 Pa(Byerlee, 1978；Krantz，1991；Nilfouroushan et al., 2012).同时，部分石英砂被染成多种颜色，以便观察构造变形，而染色石英砂的力学性质保持不变.此外，实验通常采用透明的聚合硅树脂来模拟具牛顿流体特征的中地壳或沉积盖层中的塑性层(Vendeville et al., 1995；Farzipour-Saein et al., 2014).在深部高温、含水、杂质等条件下，盐岩黏滞系数在10¹⁷~10²¹Pa·s之间变化(Mukherjee et al., 2010).中西部冲断带内滑脱层主要为盐岩、膏盐、泥、煤系等，故本文的滑脱层黏滞系数取平均值10¹⁹Pa·s.

本次实验在自然重力场下运行，故重力加速度的相似系数为1.00(无量纲).模型长约20 cm，模拟从造山带到盆地宽约100 km区域，故几何学的相似系数为2.00×10^-6(表 1).地质原型中砂岩和滑脱层岩石密度接近，而实验采用的石英砂和硅胶密度相同，故材料密度的相似系数取均值0.57.室温25 ℃条件下，硅胶的动态黏滞度约为35 Pa·s，故材料黏度的相似系数为3.5×10^-18.根据相似性原理，实验模型与地质模型的时间相似比为2.26×10^-12，即实验运行1 min相当于地质原型0.59 Ma；挤压速度相似比为6.17×10⁵，即当实验中动力轴的推挤速度设定为0.022 mm·s^-1时，地质原型的挤压速率为1.12 mm·a^-1.该速率与现今青藏高原周边各构造单元的相对运动(挤压)速率1~13 mm·a^-1 (杨少敏等，2008;Shen et al., 2009) 处于同一数量级，故实验的动力学模型设计相对完善.

表 1(Table 1)

表 1 冲断带物理模拟实验的尺度参数 Table 1 Scaling parameters in the physical modeling of thrust belt

表 1 冲断带物理模拟实验的尺度参数 Table 1 Scaling parameters in the physical modeling of thrust belt

实验共设计了4个初始长宽为22 cm×20 cm的模型，分别用以分析“挤压-碰撞模型”合理性以及滑脱层深度、范围对构造变形的影响.实验中，左侧挡板固定，防止砂体整体滑移；右侧挡板活动且连接动力轴，可在步进电动机的精确控速下向左推进；前后两侧为透明玻璃，可在一侧使用录像机拍摄整个实验过程中侧向剖面的构造变形.实验结束后，在砂体表面洒水至模型浸湿；之后每隔一定距离对砂体进行切片，拍照并分析模型内部构造变形差异.在砂体变形过程中，未施加同沉积和剥蚀作用.

实验结束后，笔者采用延时摄影的方法处理拍摄的实验视频，即对其每隔1 min抽帧，然后再将每帧图片制作成视频.如此，该处理方法可以短时间内正演实验全过程，呈现肉眼无法察觉的变形过程，有效追踪每个构造现象的演变.

(1) 模型1

该实验模型高4 cm，砂体1长5.5 cm，砂体2长16.5 cm；变形时间共68 min，结果及其解译如图 5a和图 5I.因砂体2内未设置硅胶，石英砂体的脆性形变从相似性原则上讲与时间无关，故实验模型与地质模型之间在时间和速率方面的尺度比例关系不定.

图 5

Fig. 5

图 5 实验结果(a—d)及其对应解译结果(Ⅰ—Ⅳ) Fig. 5 The modeling results (a—d) and their interpretations (Ⅰ—Ⅳ)

模型变形过程中，砂体1冲断于砂体2之上，两者之间的缝合线向前倾倒(定义冲断指向方向为前).砂体1的构造变形以向上挤出-隆升为特征，后缘发育2条与缝合线相对的高角度反向逆冲断层，样式为冲起构造.砂体2的构造变形以发育4条前冲断层为特征，其中断层④ 未发育至表层，为盲冲断层；剖面形成楔状体-库伦锥和多个断坡，断坡是由砂体不断滑塌形成的；断层前裂式发育，组合样式为叠瓦构造，断层向下终止或滑脱于缝合线和底冲断层；断面由前端的下凹变为后端的上凸，倾角略微增大.

(2) 模型2

该实验模型高5 cm，砂体1长4.0 cm，砂体2长18 cm；硅胶层长10 cm，厚0.5 cm，顶面距砂体表面2.3 cm；变形时间共43 min，相当于地质原型的25.3 Ma，结果及其解译如图 5b和图 5Ⅱ.

不同于模型1，模型2的构造变形出现明显的构造分层现象：滑脱层(硅胶层)将其上、下覆砂层的构造变形分隔开，形成不协调的上、下构造层.上覆砂层挤压缩短量大，以硅胶层为顺层滑脱面相对下覆砂层向前错动.上覆砂层的变形扩展至滑脱层分布前端，样式以褶皱为主；前端发育成断展褶皱，后端为滑脱褶皱.下覆砂层的变形扩展近，样式以逆冲断层为主，断片垂向叠置；断层产状为坡坪式，倾角从前向后逐渐增大，组合样式为叠瓦构造；顺层滑脱断层作为顶板断层，与叠瓦构造组合成双重构造和构造三角带.延时摄影处理结果显示，单条断层的倾角随正演逐渐增大，产状演变为板式-铲式-坡坪式；双重构造的断片前期为侧向叠置，后期垂向叠置，最终形成堆叠背形构造.

(3) 模型3

该实验模型高1.9 cm，砂体1长3.9 cm，砂体2长18.1 cm；硅胶层全区域分布，厚0.3 cm，顶面距砂体表面1.3 cm；变形时间共78 min，相当于地质原型的45.8 Ma，实验结果及其解译如图 5c和图 5Ⅲ.

相比于模型2，模型3的显著构造变形为上覆砂层发育反向逆冲断层，上、下覆砂层发生焊接.上覆砂层的变形扩展距离相对模型2更远，变形样式以断层相关褶皱为主；前端发育反冲断展褶皱，硅胶上拱至褶皱核部；后端发育箱形和扇形滑脱褶皱，轴面紧闭.下覆砂层发育3条逆冲断层，其构造特征及演化与模型2相同.上、下覆砂层焊接时，硅胶受挤压向前流动，上覆砂层形成的向斜发育成“盐撤凹陷”并接受滑塌沉积.

(4) 模型4

该实验模型高3.6 cm，砂体1长4.9 cm，砂体2长17.1 cm；硅胶层全区域分布，厚0.6 cm，顶面距砂体表面2.5 cm；变形时间共72 min，相当于地质原型的42.3 Ma，实验结果及其解译如图 5d和图 5Ⅳ.

相比于模型3，模型4的显著构造变形为上、下覆砂层发育的断层发生焊接，硅胶上拱形成底辟.实验模型运行至53 min之前，上、下覆砂层的构造变形各自独立，与模型3类似；之后，上、下覆砂层发育的断层形成统一的剪切破裂面，前端断层接近断穿硅胶层，后端断层仍处于隔断状态.该模型共发育两个底辟：前端底辟未刺穿上覆砂层，呈倾斜柱状；后端底辟刺穿上覆砂层，呈蘑菇状，受断层剪切作用可能进一步发育成“分离盐株”.

解析实验结果的意义在于反馈地球物理资料的解释和地质建模，对比实验中砂体2的变形结果和盆内过渡带的构造解释剖面可以发现：

(1) 若滑脱层不存在，过渡带的构造变形上下协调，断层发育至地表，变形样式为叠瓦构造，如模型1中断层①—④ 的组合样式(图 5Ⅰ)，或龙门山冲断过渡带的后缘断层样式(图 3b)，可称此变形为Ⅰ型过渡带；

(2) 若滑脱层存在，过渡带的构造变形在垂向上形成上、下分层，下构造层的断层延伸进入滑脱层，变形样式为双冲构造，如模型2中断层①—③ 与断层的组合样式(图 5Ⅱ)，或米仓山冲断带的中三叠统雷口坡组塑性膏盐层将构造变形分隔成上、下两层(图 2b)，可称此变形为Ⅱ型过渡带；

(3) Ⅱ型过渡带中，上、下构造层的变形不协调，构造高点上、下不一致，这对油气圈闭勘探带来困难，如模型3中构造高点的分布(图 5Ⅲ)，或南天山冲断带上构造层的克拉苏背斜高点与下构造层的断背斜高点；

(4) 滑脱层将上构造层的变形向前扩展，使盆地腹内形成薄皮构造带，进而使冲断带横向上有序分带(图 5Ⅲ)，如米仓山隆起、大两会背斜、四川盆地分别对应厚皮带、过渡带、薄皮带；

(5) 上构造层的变形以断层相关褶皱为主，扩展范围受控于滑脱层分布、厚薄等因素，如南天山冲断带的滑脱作用强且上构造层发育断展褶皱，而米仓山冲断带滑脱作用弱且只发育膝褶型褶皱带(图 2)；

(6) 下构造层的扩展范围相对局限，变形以逆冲断层为主，构造样式为双重构造，呈构造三角带；断片随演化不断向前迁移，出现侧向叠置和垂向叠置两种样式，如南天山冲断过渡带的腹陆方向为垂向叠置，前陆方向为侧向叠置(图 2b)；

(7) 在断层或褶皱作用下，塑性滑脱层会上拱，形成底辟构造，如模型2、3中发育的底辟(图 5Ⅱ、Ⅲ)，或南天山冲断带的秋里塔格构造带(图 2a)；

(8) 若塑性滑脱层相对薄弱或在强烈变形区，上、下构造层发育的断层建立统一的剪切破裂面，断穿滑脱层，如模型4中断层①—④(图 5Ⅳ).

造山带、厚皮带或砂体1以背冲、隆升为特征，后缘一般会产生高角度反向逆冲断层，如地质原型中龙日坝断层(图 3b)、六盘山西麓断裂(图 3e)等.这些逆断层与冲断带内发育的高角度前冲逆冲断层在剖面上组合成正花状构造，还因块体斜向汇聚具有走滑特征.但是，此类断层滑脱于中地壳塑性拆离层，并未继续向下发育(高锐等，2011).因此，中西部块体边界的大型走滑断层是在块体拼接过程中由高角度逆冲断层发育而来，可以通过本文“挤压-碰撞模型”解释.此外，该区若被剥蚀，将出露超高压变质岩或韧性剪切带，即造山带折返机制.

通过测量、统计实验结果，可以比对和解释冲断带的地质现象.冲断带平衡剖面恢复发现，滑脱层之上构造层挤压缩短量大于下构造层(余一欣等，2008)；青藏高原及周边GPS观测数据表明，地壳运动速率沿NE方向逐渐减弱，且在造山带位置变化最明显(张培震等，2002；杨少敏等，2008).本文实验模拟结果显示，挡板步进量>上覆砂层挤压缩短量>下覆层挤压缩短量(表 2)；即当时间相同时，平面上挡板运动速率>砂体1运动速率>砂体2运动速率.该现象通过延时摄影方法正演表明，砂体1吸收向前的挤压缩短量并冲起，上部砂量增大并向前挤压推覆砂体2的上覆砂层，而上覆砂层以褶皱变形方式吸收掉剩余挤压量和能量.因此，滑脱层上、下构造层的挤压量差异应是由造山带深、浅部的差异挤压造成的.与此同时，砂体1、2的塑性变形及断层-褶皱变形，将吸收向前的挤压缩短量，造成GPS测得的地壳运动速率由造山带向前陆的递减.

表 2(Table 2)

表 2 实验结果数据统计(单位：mm) Table 2 Statistics on the four experiments (unit:mm)

表 2 实验结果数据统计(单位：mm) Table 2 Statistics on the four experiments (unit:mm)

三维地震构造解释和地表地质调查表明，冲断带的薄皮带和过渡带皆有发育高角度逆冲断层，且被认为是正断层反转而成(Zanchi，2006；杨庚等，2012).但是，该成因机制无法解释过渡带的断层倾角从前陆向造山带方向逐渐增大的这一规律，亦无法解释高角度逆断层的角度分布区间为45~65°，且峰值为50±5°.模型2的实验解析结果符合地质原型中的构造变形特征.通过测量瞬时剖面图上的断层产状，可以量化变形过程，解释冲断带变形的成因机制.正演模拟结果表明，逆断层的高角度及渐变规律形成于后期强烈冲断作用下的塑性压扁，其变形经历了三个演化阶段.第一阶段，断面平直，断层倾角基本不变，断距随时间增大(图 6)；该阶段断层破裂遵循库伦-摩尔破裂准则，可称为脆性变形阶段.第二阶段，断面下凹，倾角随时间增大，断距快速增大；该阶段砂体具有一定塑性流动，可称为韧-脆性变形阶段.第三阶段，断面上凸并发育为坡坪式，断层倾角继续增大，断距缓慢增大；该阶段砂体变形基本为塑性流动，可称为韧性变形阶段.与天然环境相比，该实验条件下不具备高温-压条件，砂体的韧性变形为塑性流动.因此，此处的塑性变形可类比但不等同于地质原型中的韧性变形.

图 6

Fig. 6

图 6 模型2中断层倾角和断距随时间的变化 Fig. 6 Variation with time(in minutes) of displacements and dips in model 2

(1) 中西部冲断带形成于两古板块“镶嵌式”拼接成陆后的再冲断.多尺度地球物理资料解释表明，浅层构造变形具有“横向有序分带、垂向多属性分层、纵向差异分段”特征，深部构造变形具有多层解耦和差异收缩特征，造山带与盆地的岩石圈力学结构在“强弱对置”下咬合冲断.

(2) 利用物理模拟实验和延时摄影方法正演冲断带变形过程，解析结果表明“挤压-碰撞”模型可以实现造山带对盆地的仰冲，造山带冲起折返，盆地前陆冲断，二者拼接形成的高角度逆冲断层在剖面上组合成正花状构造.

(3) 盆内滑脱层的存在会产生构造分层，上、下构造层变形不协调；上构造层的构造变形以断层相关褶皱为主，扩展范围受控于滑脱层；上构造层的挤压缩短量比下构造层大，且变形扩展更远.

(4) 下构造层的构造变形以断层为主，构造样式随演化由叠瓦式变为双重构造，断层倾角逐渐增大，断面由下凹变为上凸，断片由侧向叠置变为垂向叠置；高角度逆断层形成于后期强烈冲断作用下的塑性压扁，并经历了脆性变形、韧-脆性变形、韧性变形三个阶段.