编者按：本周为大家推荐《地质力学学报》2025年1期的封面文章《弧形构造带构造特征及其数值模拟分析-以红河断裂中南段为例》。
作者：王晨旭, 李西
摘要: 以红河断裂中南段为主体的滇东南弧形构造带作为川滇地块的西南边界和向南南东滑移的前端，现今的运动性质是以挤压为主的逆走滑运动还是以拉张为主的正走滑运动仍存在争议，这与青藏高原东南缘周围复杂的应力-应变模式有着强烈的关联。为进一步研究滇东南弧形构造带的运动学特征及成因，结合野外地质调查及已有研究成果，建立三维地质模型进行有限差分数值模拟，研究结果表明：红河断裂中南段沿线大量地质剖面显示正走滑运动性质，揭示出现今该区域主要受拉张-剪切应力作用的控制；青藏高原东南缘现今的构造变形及地貌演化主要受控于岩石圈物质的东南向移动以及苏门答腊-爪哇俯冲带下发生的弧后拉张、板块回撤2个不同力源的共同作用，同时，下地壳流的存在会显著影响青藏高原东南缘的构造变形尺度，在滇东南弧形构造带中，弧后拉张及板块回撤起着更为显著的控制作用；滇东南弧形构造带早期初始弯曲形态的形成主要归因于岩石圈物质东南向移动的影响及小江断裂左旋走滑的牵引，并在先存构造几何形态的限制和弧后拉张及板块回撤的控制下产生持续形变。研究结果有助于理解滇东南弧形构造带现今的活动特征及成因，并为青藏高原东南缘构造演化研究提供定量化分析的参考和理论依据。
关键词：青藏高原东南缘；滇东南弧形构造带；红河断裂；三维地质模型；有限差分数值模拟；构造变形
图件及说明
图 1 滇东南弧形构造带主要断裂分布及地貌影像图
滇东南弧形构造带位于喜马拉雅东构造结东侧400~700 km处，构成川滇地块西南边界和向南南东滑移的前端（图1a），是印度－欧亚板块俯冲碰撞在青藏高原发育的活动断裂带之一，其变形特征与青藏高原东南缘复杂的应力-应变模式有关。
图 2 红河断裂中南段典型露头和遥感影像解译
结合高分辨率遥感影像判读选取了弧形构造带中的红河断裂中南段进行野外踏勘（图1c），该区域断裂迹线清晰，断裂沿线构造地貌特征明显，如大量冲沟（河谷）沿断裂走向同步右旋位错，反映右旋走滑运动特征。同时，断裂还具有明显的正断分量（图2）。
图 3 数值模拟研究区域
为抵消边界效应的影响，地质模型将模拟范围相对于研究区进行延伸（图3a），充分考虑了数值模拟边界条件、远场的构造作用及近年GPS水平速度场数据。
图 4 研究区域三维地质模型
为尽可能地符合实际地质情况，通过数字高程模型数据进行等高线提取，在Rhino软件中进行扇环范围裁剪、点阵提取和网格面生成等，建立模型的实际地表起伏面。同时结合三维地壳模型crust 1.0及主要断裂格局构建三维地质体模型（图4a）。
图 5 模型速度边界条件
GPS速度场揭示的地表总体运动方向在分界以北为南东向运动，径向运动方向相对于喜马拉雅东构造结向外（图5a），分界以南为南西向运动，径向运动方向相对于喜马拉雅东构造结向内（Shi et al.，2012；常利军等，2015；Yang et al.，2017；Zhang and Gao，2019；高原等，2020）。
图 6 三维地质模型数值模拟x、y、z轴位移云图（不考虑下地壳流）
3组初步模型在x、y和z方向的位移结果云图见图6。位移大小在云图中用不同的颜色进行区分，为突出每个方向上的相对位移分布，此次研究分别为每个方向选定了适合的位移范围，并采用多项式外插法（polynomial extrapolation）进行数据的插值处理。
图 7 三维地质模型数值模拟x、y、z轴位移云图（考虑下地壳流）
考虑下地壳流对上地壳的拖拽作用及影响，此次研究建立了与3组初步模型相对应的模型四、模型五、模型六作为对比实验组。图7为模型四、模型五和模型六在x、y、z 3个方向上的位移结果云图。云图中通过不同的颜色区分位移大小和方向，并分别采用了与3组初步模型相对应的位移范围和多项式外插法，以便于模型间的对比分析。
图 8 三维地质模型数值模拟速度矢量云图
由滇东南弧形构造带及邻区的地表水平运动速度矢量云图（图8）可知，模型一的地表水平运动速度矢量主要轨迹方向为南南东向，沿断裂地表迹线速度大小范围为2.57×10-11~1.28×10-10 m/s（图8a）；模型二的地表水平运动速度矢量主要轨迹方向为南西向，沿断裂地表迹线速度大小范围为1.69×10-11~1.13×10-10 m/s（图8b）；模型三的地表水平运动速度矢量主要轨迹方向为南南西向，沿断裂地表迹线速度大小范围为2.67×10-11~1.55×10-10 m/s（图8c）。
图 9 三维地质模型数值模拟最大剪切应变率及最大主应力云图
各模型在滇东南弧形构造带及邻区近地表的剪切变形程度和主应力分布特征如图9所示，揭示出该区域在不同方向和机制下的受力情况及变形积累，其中应变率积累的大小往往与地震活动的活跃程度密切相关。模型一中，滇东南弧形构造带及邻区近地表的最大剪切应变率在小江断裂西侧自北东向南西方向呈梯度下降；而在小江断裂沿线区域表现出显著的负值，指示明显的左旋剪切运动特征；小江断裂东侧无显著的剪切应变率，表征该区域（华南地块）相对稳定（图9a）。
图 10 滇东南弧形构造形成与演化
在该区域以往的研究认识中并不存在显著的前陆构造不均匀作为构成大多数弯曲形态形成的必要条件，因此，文章认为滇东南弧形构造带初始弯曲形态的形成与上述成因⑤相吻合（图10a），并推测力源来自岩石圈物质的东南向移动。
文章结论
（1）红河断裂中南段现今以右旋走滑运动为主，并伴有明显的倾滑分量，整体显示正走滑运动性质，这些普遍存在的正走滑断层进一步证实该区域主要受拉张-剪切的应力作用控制。
（2）青藏高原东南缘现今的构造变形及地貌演化主要受控于岩石圈物质的东南向移动和苏门答腊-爪哇俯冲带下发生的弧后拉张及板块回撤2个不同的力源共同作用，其中弧后拉张及板块回撤对滇东南弧形构造带现今的构造变形起着更为重要的控制作用。此外，下地壳流的存在会显著影响该区域构造变形的尺度，同时对区域构造变形速率及应力状态起着重要的调节和控制作用。
（3）滇东南弧形构造带初始弯曲形态的形成主要受控于早期岩石圈物质东南向移动以及小江断裂左旋走滑运动的牵引。后期该构造带则受到弧后拉张及板块回撤的控制，并在先存构造几何形态的限制下，沿水平速度场方向产生持续形变，进而形成了现今拉张-剪切为主的应力背景。
文章首页
引用格式
王晨旭，李西，2025. 弧形构造带构造特征及其数值模拟分析：以红河断裂中南段为例[J]. 地质力学学报，31（1）：39-60 doi:
10.12090/j.issn.1006-6616.2024042
WANG C X，LI X，2025. Tectonic characteristics and numerical simulation analysis of an arcuate structural belt：A case study of the middle and southern segments of the Red River fault[J]. Journal of Geomechanics，31（1）：39-60 doi: 10.12090/j.issn.1006-6616.2024042