岩石圈板块变形物理模拟研究进展综述

岩石圈板块变形物理模拟是对板块构造演化的近似再现,代表了板块构造研究的一种主要方向。自然原型向实验模型的转换是模拟的理论基础,包括原型流变剖面的确定,原型与模型间比例关系的选取,实验模型流变剖面的建立。基于流变剖面的流变模型的结构为实验模型建构不仅提供了几何学、运动学以及动力学等方面的信息,而且在物质材料选取上提供物性方面的指导。文章最后对相关技术进行了阐述,并就华南-华北大陆板块碰撞模拟的关键问题进行了探讨。

岩石圈塑性流动网络与多层构造变形的物理模拟

采用塑化松香作为岩石圈延性下层的相似材料，进行了板内塑性流动网络及多层构造变形的物理模拟实验。延性单层模型的实验表明，在边界挤压或“高原”重力势的作用下，依赖于延性层粘度的高低不同，主要形成剪切网络、压性褶皱以及二者过渡型式等一级构造。在延性／脆性双层模型中（脆性上层和延性下层分别相当于岩石圈上、下层），边界驱动力的远程传递，主要借助于延性下层的网络状流动，岩石圈下层（含下地壳和岩石圈地幔）的剪切网络，即塑性流动网络，控制着板内构造变形，导致脆性上层内剪切破裂网络、逆推断裂、纵向张裂以及其它次级断裂和褶皱的发育。实验还表明，上、下层之间非连续分布的软弱夹层（模拟壳内低速、高导层）并不妨碍下层塑性流动网络的扩展，但影响牵引力的向上传递及上层构造变形的强弱分布。

岩石圈构造变形的物理模拟实验研究现状

在介绍物理模拟实验研究方法的基础上，系统概括了常规重力模拟实验的主要进展、研究内容以及模型相似性的研究现状。其研究进展体现在驱动装置自动化和观察、记录、测试系统数字化；模型结构多层化和实验材料多样化；模型相似半定量化。其研究内容涉及到地质学的诸多方面，包括地幔对流，板块俯冲，板内构造变形，盆地、造山带等的形成；褶皱、断裂、节理等基本构造形成机制等方面的模拟，甚至包括岩浆底辟上隆和火山喷发的模拟研究。这表明常规重力模拟实验已被广泛采纳。

中东亚大陆塑性流动网络控制下构造变形的物理模拟

以塑化松香和干凝滑石粉浆分别作为岩石圈延性下层（下地壳及岩石圈地幔）和脆性上层（上部地壳）的相似材料，就亚洲中东部大陆在板块边界推挤作用下的构造变形进行了模拟实验。初步结果表明，本地区在印度板块和菲律宾海板块的推挤下，形成两个塑性流动网络系统，它们控制了岩石圈上层构造变形，在分布格局上大致与地震的网络状分布相对应；东北部可能存在另一规模较小、作用较弱的驱动边界及相应的网络系统，由于它的影响，导致华北北部构造带和地震带的扭曲。实验还表明，大型压性盆地的形成与岩石圈下层稳定块体的存在有关。

海山的倾斜俯冲对上覆板块变形的影响

伴随洋壳的俯冲,驼伏其上的海山会导致上覆板块的强烈变形.为解释该构造变形特征,本文运用物理模拟实验的方法,着重分析海山的斜向俯冲对上覆板块变形的影响,并将模拟结果与正向俯冲过程进行对比.实验结果显示:海山开始进入俯冲,前缘楔体的增生会被阻止,同时楔体被抬升并出现脱顶构造,未被海山破坏的楔体会出现后冲断层的激活,后冲断层轴平行于海山的俯冲方向.海山进一步俯冲,突起顶部发育一系列张扭性质的微断裂和走滑性质的共轭断裂,尾随突起之后的楔体由于重力会产生正断层系统.比起正向俯冲,斜向俯冲过程中所产生的后逆冲体、海山两侧的叠瓦状逆冲推覆构造都出现不对称分布,断裂和微断裂束的走向不规则散开,后冲断层的轴向及海山俯冲过后在楔体上产生的凹槽的轨迹都不断斜向迁移,且凹槽两侧的地势不一致等.最后利用文中的物理模拟结果,很好的解释了马尼拉海沟中段俯冲构造的构造特征,同时对其他俯冲大陆边缘的构造解释具有指导意义.