張猛，賈東，王毛毛，李志剛，李一泉

南京大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，南京， 210046

內(nèi)容提要：斜向逆沖作用在自然界普遍存在，研究斜向逆沖斷層相關(guān)褶皺的構(gòu)造幾何學(xué)特征，識(shí)別斷層相關(guān)褶皺是否存在斜向逆沖有重要意義。文章采用Trishear 4.5、Gocad以及Trishear3D軟件構(gòu)建一系列不同滑移量的斷層轉(zhuǎn)折褶皺和斷層傳播褶皺的二維正演剖面，通過(guò)連接一系列不同排列方式的二維剖面建立了三種不同逆沖滑移方向的斷層轉(zhuǎn)折褶皺和斷層傳播褶皺的假三維模型，通過(guò)不同假三維模型的比較分析來(lái)探討斜向逆沖斷層相關(guān)褶皺的構(gòu)造幾何學(xué)特征。研究發(fā)現(xiàn)，斜向逆沖斷層相關(guān)褶皺區(qū)別于正向逆沖斷層相關(guān)褶皺的特征主要有兩點(diǎn)：① 正向逆沖斷層相關(guān)褶皺層面等高線圖上的最高點(diǎn)與后翼等高線中點(diǎn)的連線以及水平切面上的核心點(diǎn)與后翼中點(diǎn)的連線方向均與斷層走向垂直，而斜向逆沖斷層相關(guān)褶皺的最高點(diǎn)以及核心點(diǎn)與后翼中點(diǎn)的連線方向均與斷層走向斜交，并且最高點(diǎn)與后翼等高線中點(diǎn)的連線方向或者核心點(diǎn)與后翼中點(diǎn)的連線方向均與逆沖滑移方向一致；② 在褶皺平行斷層走向縱剖面上，正向逆沖斷層相關(guān)褶皺各個(gè)層面最高點(diǎn)的連線是直立的，而斜向逆沖斷層相關(guān)褶皺各個(gè)層面最高點(diǎn)的連線發(fā)生傾斜。通過(guò)這兩個(gè)特征可以判別褶皺是否存在斜向逆沖以及逆沖的方向。將模型分析結(jié)果運(yùn)用到四川盆地西南部三維地震勘探資料所覆蓋的邛西背斜和大興西背斜的實(shí)例中。研究結(jié)果表明，兩個(gè)背斜均存在右旋斜向逆沖，逆沖方向與各自斷層走向的夾角均為70°左右，邛西背斜和大興西背斜的逆沖方向分別是NE79°和NE77°左右，這與龍門(mén)山南段晚上新世以來(lái)的主應(yīng)力方向以及反演的汶川地震最大主應(yīng)力方向一致。

斷層上盤(pán)的逆沖方向與走向不垂直(即存在走滑分量)的逆沖作用稱(chēng)為斜向逆沖作用，斜向逆沖作用在自然界普遍存在(徐嘉煒，1995；吳珍漢等，2009；Xu Xiwei et al., 2009)。

目前斷層相關(guān)褶皺的研究是從二維到三維的轉(zhuǎn)化(Wilkerson et al., 1991；Fischer et al., 2000；管樹(shù)魏等，2003；何登發(fā)等，2005)，但真正意義上的三維斷層相關(guān)褶皺的體積平衡和位移場(chǎng)理論還未建立，尚處于摸索階段(賈東等，2011)?，F(xiàn)有的斷層相關(guān)褶皺的顯示以及分析解釋通常都是選用二維橫剖面，這些橫剖面的分析及平衡恢復(fù)都是基于最大應(yīng)力和應(yīng)變方向平行或者垂直于剖面的假設(shè)(Tindall and Davis, 1999)，因此剖面位置的選擇最好平行于褶皺的逆沖滑移方向。當(dāng)選用二維橫剖面顯示和分析斷層相關(guān)褶皺的時(shí)候，特別是存在斜向逆沖的情況下，如果二維橫剖面的位置不平行于滑移方向，物質(zhì)很有可能存在穿剖面的運(yùn)動(dòng)，會(huì)導(dǎo)致二維剖面上認(rèn)識(shí)的不全面或者誤解，所以研究斜向逆沖斷層相關(guān)褶皺的特征，判斷褶皺是否存在斜向逆沖作用十分重要，同時(shí)識(shí)別斷層相關(guān)褶皺逆沖滑移方向?qū)謴?fù)古應(yīng)力方向(Kaven et al., 2011)、指導(dǎo)油氣勘探(魏國(guó)齊等，2005)等方面都有著重要作用。Tindall and Davis(1999)通過(guò)褶皺周?chē)鄬拥倪\(yùn)動(dòng)學(xué)分析來(lái)尋找斷層相關(guān)褶皺斜向逆沖的證據(jù)，Tetreault等(2008)通過(guò)古地磁和構(gòu)造的證據(jù)來(lái)研究斷層相關(guān)褶皺是否存在斜向逆沖。但是，許多斷層相關(guān)褶皺是形成于先存斷層的再活動(dòng)，雖然在這些構(gòu)造中很有可能存在斜向逆沖，但由于很多斷層是隱伏的，古地磁方法無(wú)法記錄或者很模糊，中微尺度的變形未完全出露或者很難識(shí)別，在這種情況下很難鑒別是否存在斜向逆沖作用(Keating et al., 2012)。

本文試圖通過(guò)建立三種不同逆沖滑移方向的斷層相關(guān)褶皺三維幾何學(xué)模型，通過(guò)與正向逆沖(即不存在走滑分量)斷層相關(guān)褶皺的比較分析來(lái)研究斜向逆沖斷層相關(guān)褶皺的構(gòu)造幾何學(xué)特征，識(shí)別出斜向逆沖斷層相關(guān)褶皺區(qū)別于正向逆沖斷層相關(guān)褶皺的特征要素，探索判斷斷層相關(guān)褶皺是否存在斜向逆沖以及逆沖滑移方向的方法，并且將模型分析得出的方法運(yùn)用到四川盆地西南部三維地震勘探資料所覆蓋的邛西背斜和大興西背斜兩個(gè)典型的活動(dòng)構(gòu)造實(shí)例中，分析這兩個(gè)背斜的運(yùn)動(dòng)學(xué)性質(zhì)。

1 斷層相關(guān)褶皺假三維模型分析

1.1 斷層相關(guān)褶皺假三維模型的建立

目前實(shí)現(xiàn)斷層相關(guān)褶皺從二維擴(kuò)展到三維主要有假三維模擬和真三維模擬兩種模擬方法，假三維模擬是通過(guò)連接一系列二維剖面實(shí)現(xiàn)三維可視化(Cristallini et al., 2001)，真三維模擬是考慮體積守恒的情況下模擬三維的運(yùn)動(dòng)學(xué)(Cristallini et al., 2004)。Cardozo(2008)通過(guò)比較分析這兩種算法發(fā)現(xiàn)，真三維算法可以模擬較假三維更復(fù)雜的幾何學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)，但是真三維算法本身存在局限，在位移梯度比較大的情況下體積不守恒，而假三維算法在所有情況下體積都是守恒的，適用范圍較真三維算法更廣。因此，本次研究采用假三維模擬實(shí)現(xiàn)斜向逆沖斷層相關(guān)褶皺的三維可視化。

在斷層面上移動(dòng)一個(gè)剛性塊體會(huì)產(chǎn)生一簇在斷面上相互平行的滑移矢量，可以定義一系列平行于滑移矢量方向的連續(xù)橫剖面來(lái)建立斷層相關(guān)褶皺的數(shù)值模型，實(shí)現(xiàn)斷層相關(guān)褶皺的三維可視化，這樣建立起來(lái)的三維模型稱(chēng)為假三維模型(Cooper et al., 1999; Cristallini et al., 2001)。通過(guò)連接一系列二維剖面建立的斷層相關(guān)褶皺假三維模型滿足體積守恒的原則，因此是斷層相關(guān)褶皺一種合理的解釋模型(Cristallini et al., 2001; Cardozo, 2008)。

本次研究主要集中于斜向逆沖對(duì)斷層相關(guān)褶皺構(gòu)造幾何學(xué)的影響，因此不考慮側(cè)斷坡/斜斷坡的存在，即斷層面幾何學(xué)不隨走向變化，斷層面為平面狀，斷層轉(zhuǎn)折褶皺的斷層面為斷坪—斷坡—斷坪的幾何形態(tài)，而斷層傳播褶皺的斷層面為斷坪—斷坡的幾何形態(tài)。我們采用Trishear4.5軟件構(gòu)建一系列不同滑移量的二維斷層轉(zhuǎn)折褶皺(Suppe, 1983)和三剪斷層傳播褶皺(Allmendinger, 1998)，再將這些二維剖面導(dǎo)入Gocad軟件中，通過(guò)連接相鄰剖面的地層線和斷層線建立簡(jiǎn)單斷層轉(zhuǎn)折褶皺和三剪斷層傳播褶皺的假三維模型。

在斷層面上的滑移矢量方向是一個(gè)三維的概念，為了簡(jiǎn)化，文章中所討論的逆沖滑移方向在斷層附近指的是滑移矢量在水平面的投影方向(李濤等，2009)。如圖1所示，紅色線條代表斷層走向，黑色箭頭方向代表物質(zhì)滑移的方向，我們建立三種不同逆沖滑移方向的斷層轉(zhuǎn)折褶皺和斷層傳播褶皺模型，滑移方向與斷層走向夾角分別為90°(圖1a)、60°(圖1b)和45°(圖1c)。

圖1 不同滑移方向與斷層走向夾角示意圖：(a) 滑移方向與斷層走向垂直；(b) 滑移方向與斷層走向夾角60°；(c) 滑移方向與斷層走向夾角45°Fig. 1 Sketch map of the intersection angles between different slip direction and fault strike: (a) slip direction is perpendicular to fault strike; (b) the intersection angle is 60°; (c) the intersection angle is 45°

在建立的假三維模型中，一系列二維剖面之間下斷坪和斷坡連接點(diǎn)的連線即為斷層走向的方向(圖2中紅色線條方向)，二維剖面沿著逆沖滑移方向平行排列(每個(gè)模型共19條二維剖面，圖2中只顯示其中的9條剖面)。所有模型中，過(guò)斷層中心位置的二維剖面滑移量最大，端部滑移量為零，兩者之間為線性位移梯度變化，與Wilkerson等(1991)的模式一致。

在建立斷層相關(guān)褶皺假三維模型的基礎(chǔ)上，接下來(lái)將通過(guò)假三維模型的層面等高線圖和水平切面以及平行斷層走向縱剖面的分析來(lái)探討斜向逆沖斷層相關(guān)褶皺的幾何學(xué)特征。

圖2 不同滑移方向與斷層走向夾角的斷層相關(guān)褶皺假三維模型的建立：(a) 滑移方向與斷層走 向垂直；(b) 滑移方向與斷層走向夾角60°；(c) 滑移方向與斷層走向夾角45°Fig. 2 Different intersection angles between slip direction and fault strike in the pseudo-3D models of fault-related-fold: (a) slip direction is perpendicular to fault strike; (b) the intersection angle is 60°; (c) the intersection angle is 45°

1.2 假三維模型的層面等高線和水平切面分析

從建立的斷層轉(zhuǎn)折褶皺假三維模型等高線圖(圖3)上可以發(fā)現(xiàn)，不同滑移方向的三種模型都有一些相似的特征：隨著滑移量沿?cái)鄬幼呦蛏系倪f減，上盤(pán)褶皺的幾何形態(tài)發(fā)生變化，褶皺翼部寬度穩(wěn)定一段后逐漸變窄，頂部寬度先逐漸變窄后又逐漸加寬，從頂面的等高線趨勢(shì)可以看出，褶皺中心向端點(diǎn)傾斜形成傾伏背斜。在斷層傳播褶皺的模型(圖5)中，隨著滑移量沿?cái)鄬幼呦蛏系倪f減，在斷層零位移端形成傾伏背斜，與斷層轉(zhuǎn)折褶皺類(lèi)似。

從斷層轉(zhuǎn)折褶皺三個(gè)模型頂面的等高線圖(圖3)上可以看出，不論是否存在斜向逆沖，褶皺后翼的等高線均與斷層走向平行。在模型的水平切面上(圖4)，褶皺后翼與水平切面的交線同樣與斷層走向平行，因此斜向逆沖對(duì)褶皺后翼的影響不明顯。在等高線圖上(圖3)，正向逆沖斷層相關(guān)褶皺為上下對(duì)稱(chēng)形態(tài)，等高線圖上的最高點(diǎn)和后翼一系列等高線的中點(diǎn)在同一條直線上，并且它們的連線方向與斷層走向垂直。在水平切面圖上(圖4)，核心點(diǎn)與后翼的各個(gè)中點(diǎn)也在同一條直線上，它們的連線方向同樣與斷層走向垂直。而斜向逆沖斷層相關(guān)褶皺在等高線圖和水平切面圖上為上下不對(duì)稱(chēng)形態(tài)，褶皺最高點(diǎn)和核心點(diǎn)與后翼的一系列中點(diǎn)同樣在一條直線上，但它們的連線方向均與后翼走向斜交，即最高點(diǎn)和核心點(diǎn)相對(duì)于后翼中點(diǎn)發(fā)生側(cè)向遷移。并且可以發(fā)現(xiàn)，在等高線圖上(圖3)，褶皺頂面最高點(diǎn)(圖3B中Q1、Q2、Q3)與后翼等高線中點(diǎn)(圖3B中的P1、P2、P3)的連線與后翼等高線的夾角等于褶皺滑移方向與斷層走向的夾角(圖3B)。由于褶皺后翼的等高線與斷層走向方向平行，因此褶皺最高點(diǎn)與后翼等高線中點(diǎn)的連線方向就是褶皺滑移的方向。類(lèi)似地，在模型的水平切面(圖4)上可以看到，三個(gè)模型褶皺后翼與水平切面的交線方向均與斷層走向方向相同，三個(gè)模型水平切面的核部位置點(diǎn)(圖4B中的S1、S2、S3)和后翼與切面交線的中點(diǎn)(圖4B中的R1、R2、R3)的連線方向與后翼的夾角即為各自滑移方向與斷層走向的夾角，即R1S1、R2S2、R3S3與各自的滑移方向一致。

圖3 斷層轉(zhuǎn)折褶皺假三維模型頂面等高線圖Fig. 3 Contour map of top surface of the pseudo-3D model of fault-bend-fold圖(A)和圖(B)中的(a)、(b)、(c)圖分別對(duì)應(yīng)圖1中的(a)、(b)、(c)三種逆沖滑移方向Figure (a)、(b)、(c) in Figure (A) and (B) correspond to the (a)、(b)、(c) three kinds of thrust directions in Fig. 1 respectively

斷層傳播褶皺的后翼采用的是膝折帶遷移模式(Hardy and Ford, 1997)，與斷層轉(zhuǎn)折褶皺相同，因此其幾何形態(tài)與斷層轉(zhuǎn)折褶皺相似，不同滑移方向的褶皺后翼等高線以及在水平切面上后翼與水平切面的交線仍然都與斷層走向平行(圖5、圖6)。與斷層轉(zhuǎn)折褶皺類(lèi)似，斜向逆沖斷層傳播褶皺也是不對(duì)稱(chēng)的形態(tài)，褶皺最高點(diǎn)和核心點(diǎn)相對(duì)于后翼中點(diǎn)發(fā)生側(cè)向遷移(圖5、圖6)。在等高線圖(圖5)上，褶皺最高點(diǎn)與后翼中點(diǎn)的連線(圖5B中的P1Q1、P2Q2、P3Q3)與褶皺滑移方向相同，在水平切面圖(圖6)上，褶皺核心點(diǎn)和褶皺后翼與切面交線中點(diǎn)的連線(圖6B中的R1S1、R2S2、R3S3)方向同樣與滑移方向一致。

圖4 斷層轉(zhuǎn)折褶皺假三維模型的水平切面圖Fig. 4 Horizontal slice of the pseudo-3D model of fault-bend-fold圖(A)和圖(B)中的(a)、(b)、(c)圖分別對(duì)應(yīng)圖1中的(a)、(b)、(c)三種逆沖滑移方向 Figure (a)、(b)、(c)in Figure (A) and (B) correspond to the (a)、(b)、(c) three kinds of thrust directions in Fig. 1 respectively

圖5 斷層傳播褶皺假三維模型頂面等高線圖Fig. 5 Contour map of top surface of the pseudo-3D model of fault-propagation-fold圖中的(a)、(b)、(c)圖分別對(duì)應(yīng)圖1中的(a)、(b)、(c)三種逆沖滑移方向 Figure (a)、(b)、(c) in Figure (A) and (B) correspond to the (a)、(b)、(c) three kinds of thrust directions in Fig. 1 respectively

圖6 斷層傳播褶皺假三維模型的水平切面圖Fig. 6 Horizontal slice of the pseudo-3D model of fault-propagation-fold圖中的(a)、(b)、(c)圖分別對(duì)應(yīng)圖1中的(a)、(b)、(c)三種逆沖滑移方向 Figure (a)、(b)、(c) in Figure (A) and (B) correspond to the (a)、(b)、(c) three kinds of thrust directions in Fig. 1 respectively

根據(jù)經(jīng)典斷層轉(zhuǎn)折褶皺理論(Suppe, 1983)，斷層轉(zhuǎn)折褶皺后翼的變形為膝折帶遷移模式，物質(zhì)在后翼的運(yùn)動(dòng)是由軸面和斷層面來(lái)控制，因此不論是否存在斜向逆沖，褶皺的后翼層面均與斷層面平行，所以后翼的走向與斷層面走向相同，后翼與水平切面的交線方向也與斷層面的走向一致。斷層傳播褶皺的后翼也是膝折帶遷移模式，因此具有相似的特征。對(duì)于滑移方向與斷層走向不垂直即存在斜向逆沖的褶皺來(lái)說(shuō)，滑移矢量可以分解為垂直于斷層走向的分量和平行于斷層走向的分量，垂直斷層走向的分量導(dǎo)致了褶皺在垂直斷層走向方向上的隆升而平行于斷層走向的分量使物質(zhì)發(fā)生沿?cái)鄬幼呦蚍较虻倪w移，因此褶皺在層面等高線圖上的最高點(diǎn)以及水平切面上的核心點(diǎn)都相對(duì)于褶皺后翼中點(diǎn)發(fā)生偏移，即最高點(diǎn)和后翼中點(diǎn)的連線或者核心點(diǎn)與褶皺后翼中點(diǎn)的連線均與斷層走向斜交，斜交角度的大小與斜向逆沖的程度(即滑移矢量方向與斷層走向的夾角)有關(guān)。一般在斷層的中心部分位移量最大(Scholz, 1990)，即過(guò)后翼中點(diǎn)處的滑移量最大(與模型的設(shè)置一致)，同時(shí)沿著最大滑移量的方向?yàn)轳薨欁畲罂s短的方向，對(duì)應(yīng)的褶皺隆升量也最大，因此褶皺的最高點(diǎn)和核心點(diǎn)以及后翼中點(diǎn)都穿過(guò)最大滑移矢量的方向，因此褶皺最高點(diǎn)與后翼中點(diǎn)的連線方向或者核心點(diǎn)與后翼中點(diǎn)的連線方向均與褶皺滑移矢量的方向相同。

綜合以上分析發(fā)現(xiàn)，斜向逆沖會(huì)導(dǎo)致斷層相關(guān)褶皺的最高點(diǎn)以及核心點(diǎn)發(fā)生沿走向方向的遷移?？梢栽隈薨檶用娴牡雀呔€圖上，根據(jù)最高點(diǎn)與褶皺后翼等高線中點(diǎn)的連線與斷層走向是否垂直，或者在褶皺的水平切面上，根據(jù)褶皺核心點(diǎn)與褶皺后翼中點(diǎn)的連線與斷層走向是否垂直來(lái)判斷是否存在斜向逆沖，同時(shí)可以根據(jù)等高線圖上褶皺最高點(diǎn)和后翼中點(diǎn)的連線方向或者水平切面圖上核心點(diǎn)與后翼中點(diǎn)的連線方向來(lái)判斷逆沖滑移的方向。

圖7 基于Trishear3D軟件建立的滑移方向與斷層走向垂直的假三維模型：(a) 滑移方向；(b) 假三維模型頂面圖及平行斷層走向切面位置；(c) 平行斷層走向縱剖面Fig. 7 Pseudo-3D model slip direction is perpendicular to fault strike implemented by Trishear3D: (a) slip direction; (b) top surface of pseudo-3D model and position of the section which is parallel with fault strike; (c) cross-sections parallel with fault strike

1.3 假三維模型平行斷層走向縱剖面分析

由于三剪斷層傳播褶皺的前翼發(fā)育在具有分散剪切的三角帶內(nèi)，幾何學(xué)及其應(yīng)變場(chǎng)比較復(fù)雜(Erslev, 1991)。因此，接下來(lái)我們用Trishear3D軟件(Cardozo，2008)建立單斜斷層傳播褶皺的假三維模型來(lái)研究不同逆沖滑移方向?qū)︸薨欗敳亢颓耙淼挠绊?。Trishear3D軟件所用的假三維算法(Cristallini et al., 2001)仍然是連接一系列相互平行的二維剖面建立假三維模型，與上文所用的方法相同。模型的參數(shù)設(shè)置與上文的一致，過(guò)斷層中心位置的二維剖面滑移量最大，端點(diǎn)處滑移量為零，兩者之間為線性位移梯度變化。

圖8 基于Trishear3D軟件建立的滑移方向與斷層走向夾角60°的假三維模型：(a) 滑移方向；(b) 假三維模型頂面圖及平行斷層走向切面位置；(c) 平行斷層走向縱剖面Fig. 8 Pseudo-3D model of which the intersection angle between slip direction and fault strike is 60° implemented by Trishear3D: (a) slip direction; (b) top surface of pseudo-3D model and position of the section which is parallel with fault strike; (c) cross-sections parallel with fault strike

圖9 基于Trishear3D軟件建立的滑移方向與斷層走向夾角45°的假三維模型：(a) 滑移方向；(b) 假三維模型頂面圖及平行斷層走向切面位置；(c) 平行斷層走向縱剖面Fig. 9 Pseudo-3D model of which the intersection angle between slip direction and fault strike is 45° implemented by Trishear3D: (a) slip direction; (b) top surface of pseudo-3D model and position of the section which is parallel with fault strike; (c) cross-sections parallel with fault strike

圖7b、圖8b和圖9b分別是建立的三種不同逆沖滑移方向的假三維模型頂面構(gòu)造圖，從左往右選取四條平行走向的縱剖面(圖7c、圖8c和圖9c，從上往下對(duì)應(yīng)從左往右的剖面)切過(guò)頂面和前翼，圖7a、圖8a和圖9a分別顯示各自的滑移方向和斷層走向方向，夾角分別為90°、60°和45°。從平行走向的縱剖面上可以清楚地看到，當(dāng)滑移方向與斷層走向垂直時(shí)(即不存在斜向逆沖)，各個(gè)層最高點(diǎn)(也即轉(zhuǎn)折點(diǎn))的連線(即圖7c中的橙色虛線)是直立的，即連線與水平線(或未變形層面線)垂直。而在滑移方向與斷層走向斜交的情況下(即存在斜向逆沖)，在平行走向的切面上，各個(gè)層最高點(diǎn)的連線(圖8c、圖9c)與水平線(或未變形層面線)不垂直，存在一定傾斜，滑移方向與斷層走向夾角越小，即走滑分量越大時(shí)，傾斜程度越大。

在斜向逆沖的情況下，滑移矢量存在沿?cái)鄬幼呦虻姆至?，這個(gè)分量的作用導(dǎo)致沿走向方向上斷層上下盤(pán)之間存在剪切作用，導(dǎo)致在平行斷層走向的縱剖面上層面最高點(diǎn)連線(即沿走向方向形成的褶皺的軸面線)發(fā)生傾斜。傾斜程度的大小與滑移矢量方向與斷層走向夾角以及褶皺位移梯度、斷層傾角等多個(gè)因素有關(guān)，因此各個(gè)層最高點(diǎn)的連線與水平面的夾角和滑移矢量方向與斷層走向的夾角這兩個(gè)角度之間的定量關(guān)系比較復(fù)雜，但是可以通過(guò)在平行走向的縱剖面上，各個(gè)層最高點(diǎn)的連線與水平線是否垂直來(lái)判斷褶皺是否存在斜向逆沖，當(dāng)連線不垂直時(shí)說(shuō)明褶皺存在走滑的分量，即存在斜向逆沖。

綜合以上的建模分析發(fā)現(xiàn)，斜向逆斷層相關(guān)褶皺和正向逆沖斷層相關(guān)褶皺相比，后翼差別不明顯，但是斜向逆沖斷層相關(guān)褶皺在層面等高線圖上的最高點(diǎn)以及水平切面上的核心點(diǎn)相對(duì)于褶皺后翼中點(diǎn)發(fā)生偏移，呈現(xiàn)不對(duì)稱(chēng)形態(tài)，等高線圖上的最高點(diǎn)和后翼中點(diǎn)的連線以及水平切面圖上核心點(diǎn)與后翼中點(diǎn)的連線均與斷層走向斜交，并且在平行走向縱剖面上，各個(gè)層最高點(diǎn)(轉(zhuǎn)折點(diǎn))的連線與水平線(或未變形層面線)斜交。并且可以根據(jù)等高線圖上褶皺最高點(diǎn)與褶皺后翼中點(diǎn)連線方向或者水平切面上褶皺核心點(diǎn)和褶皺后翼與水平切面交線中點(diǎn)的連線方向來(lái)判斷褶皺逆沖滑移的方向。

2 應(yīng)用實(shí)例

邛西背斜和大興西背斜位于四川盆地西南部晚更新世時(shí)期的名邛洪積扇覆蓋的位置(圖10)，一條近南北向的活動(dòng)斷層切割了這個(gè)洪積扇(Jia Qiupeng et al., 2009; Wang Maomao et al., 2013)。研究顯示，邛西背斜和大興西背斜均為剪切斷層轉(zhuǎn)折褶皺，主斷層為隱伏斷層，后翼突破斷層的古地震探槽研究表明這兩個(gè)背斜現(xiàn)今仍然處于活動(dòng)狀態(tài)(Wang Maomao et al., 2013)。中石油西南油氣田分公司的三維地震反射資料正好覆蓋了邛西背斜和大興西背斜，為研究提供了完整可靠的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

首先對(duì)兩個(gè)背斜做水平時(shí)間切片分析(圖11)。水平時(shí)間切片是指以同一反射時(shí)間為平面切割三維地震數(shù)據(jù)體所得到的切面，它能直觀地反映該地區(qū)的構(gòu)造面和斷層的走向及分布規(guī)律(Brown, 1999; 李一泉等，2007)。在邛西和大興西背斜的水平切面上均可以清楚地看到褶皺核心點(diǎn)相對(duì)于褶皺后翼中點(diǎn)發(fā)生偏移，核心點(diǎn)與后翼中點(diǎn)的連線與斷層走向斜交，與模擬的斜向逆沖結(jié)果一致，說(shuō)明兩個(gè)背斜均可能存在斜向逆沖。在邛西背斜的水平切面上，褶皺核心點(diǎn)與后翼中點(diǎn)的連線與斷層走向夾角為70°左右，即邛西背斜逆沖滑移方向與斷層走向存在70°左右的夾角，背斜存在右旋斜向逆沖，并且可以初步判斷邛西背斜逆沖滑移的方向是NE79°左右。在大興西背斜的水平切面上，褶皺核心點(diǎn)與后翼中點(diǎn)的連線與斷層走向的夾角為70°左右，與邛西背斜的偏角相同，逆沖滑移方向?yàn)镹E77°左右。

在平行走向的縱剖面上(圖12)，可以發(fā)現(xiàn)邛西背斜和大興西背斜都是層面最高點(diǎn)的連線與水平線斜交，與模擬的斜向逆沖結(jié)果相似，說(shuō)明兩個(gè)背斜均存在走滑分量，這也與在水平切面上得到的結(jié)果一致。

綜合以上分析，判斷邛西背斜和大興西背斜均存在右旋斜向逆沖，逆沖滑移方向與各自斷層走向夾角均為70°左右，邛西背斜和大興西背斜滑移方向分別為NE79°和NE77°左右，近于東西向逆沖。

杜義等(2009)通過(guò)對(duì)龍門(mén)山斷裂帶震后斷層擦痕數(shù)據(jù)的反演得出龍門(mén)山地區(qū)現(xiàn)今最大主應(yīng)力方向?yàn)?6°～121°，近于東西向。Luna and Hetland(2013)通過(guò)同震滑移模型得出汶川地震的最大主壓應(yīng)力方向近于東西向。Li Zhigang等(2013)和Wang Maomao等(2013)文章中通過(guò)三維構(gòu)造建模揭示晚上新世以來(lái)龍門(mén)山南段地區(qū)區(qū)域主應(yīng)力場(chǎng)方向由北西—南東向轉(zhuǎn)換為近東西向。我們對(duì)邛西背斜和大興西背斜的分析結(jié)果同上述研究結(jié)果一致。

3 討論和結(jié)論

自然界的斷層相關(guān)褶皺發(fā)生和發(fā)展的路徑較為復(fù)雜，涉及的變化因素很多，而我們所建立的三維模型是通過(guò)連接一系列二維剖面建立的假三維模型，假設(shè)的幾何學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)邊界條件比較簡(jiǎn)單，例如不考慮側(cè)斷坡和斜斷坡，不存在翼旋轉(zhuǎn)，位移梯度為簡(jiǎn)單的線性變化，因此這只是一個(gè)合理的理論模型。但是，我們可以借助所建立的三維模型來(lái)更好地認(rèn)識(shí)和理解自然界斷層相關(guān)褶皺的幾何學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)特征(賈東等，2011)。利用褶皺等高線圖上的最高點(diǎn)和水平切面上的核心點(diǎn)相對(duì)于褶皺后翼中點(diǎn)的偏移，以及平行斷層走向切面上最高點(diǎn)的連線是否和未變形層面線垂直來(lái)判斷褶皺是否存在斜向逆沖，同時(shí)根據(jù)褶皺層面上最高點(diǎn)與后翼中點(diǎn)的連線方向或者水平切面上核心點(diǎn)與后翼中點(diǎn)的連線方向來(lái)判斷滑移方向的時(shí)候需要結(jié)合其他相關(guān)現(xiàn)象進(jìn)行綜合分析。

基于建立的模型分析以及實(shí)例分析得出以下幾點(diǎn)結(jié)論：

圖12 平行斷層走向縱剖面：(A)邛西背斜平行斷層走向縱剖面分析圖；(B)大興西背斜平行斷層走向縱剖面分析圖 Fig. 12 The cross-section parallel with fault strike: (A) the cross-section parallel with fault strike of the Qiongxi anticline; (B) the cross-section parallel with fault strike of the Daxingxi anticline

(1)正向逆沖斷層相關(guān)褶皺在等高線圖和水平切面圖上為上下對(duì)稱(chēng)形態(tài)，等高線圖上最高點(diǎn)和后翼中點(diǎn)的連線或者水平切面圖上核心點(diǎn)與后翼中點(diǎn)的連線均與斷層走向垂直，而斜向逆沖斷層相關(guān)褶皺的物質(zhì)沿?cái)鄬幼呦蚍较虬l(fā)生遷移，等高線圖和水平切面圖為上下不對(duì)稱(chēng)形態(tài)，在層面等高線圖上的最高點(diǎn)以及水平切面上的核心點(diǎn)都相對(duì)于褶皺后翼中點(diǎn)發(fā)生偏移，等高線圖上最高點(diǎn)和后翼中點(diǎn)的連線以及水平切面圖上核心點(diǎn)與后翼中點(diǎn)的連線均與斷層走向斜交，并且等高線圖上最高點(diǎn)與后翼中點(diǎn)的連線或者水平切面圖上核心點(diǎn)和褶皺后翼中點(diǎn)的連線方向即為褶皺逆沖的方向。

(2)在平行于斷層相關(guān)褶皺斷層走向的縱剖面上，正向逆沖斷層相關(guān)褶皺各個(gè)層面最高點(diǎn)(轉(zhuǎn)折點(diǎn))連線是直立的，而斜向逆沖斷層相關(guān)褶皺由于沿?cái)鄬幼呦蚍较蛏洗嬖诩羟凶饔檬垢鱾€(gè)層面最高點(diǎn)(轉(zhuǎn)折點(diǎn))連線與水平線斜交。

(3)四川盆地西南部的邛西背斜和大興西背斜均存在右旋斜向逆沖，逆沖方向與各自斷層走向均存在70°左右?jiàn)A角，逆沖方向分別為NE79°和NE77°左右，與龍門(mén)山南段晚上新世以來(lái)區(qū)域主應(yīng)力場(chǎng)方向轉(zhuǎn)換為近東西向，以及反演的汶川地震最大主壓應(yīng)力方向近東西向一致。