地球科学进展

地球科学进展 ›› 2026, Vol. 41 ›› Issue (4): 411 -427. doi: 10.11867/j.issn.1001-8166.2026.028   cstr: 32269.14.adearth.CN62-1091/P.2026.028

综述与评述 上一篇    下一篇

盆山耦合物理模拟中的材料、模型与技术融合
姚熙强(), 戴霜(), 张煦, 张宇帆, 田胜强   
  1. 兰州大学 地质科学与矿产资源学院，甘肃 兰州 730000
  • 收稿日期:2026-01-27 修回日期:2026-03-23 出版日期:2026-04-10
  • 通讯作者: 戴霜 E-mail:yxq315666@163.com;daisher@lzu.edu.cn
  • 基金资助:
    国家自然科学基金项目(42272034);国家重点研发计划项目(2022YFC2903305-05);甘肃省科技计划项目(25ZYJA023)

Materials, Models, and Technology Integration in Physical Modeling of Basin-Range Coupling

Xiqiang Yao(), Shuang Dai(), Xu Zhang, Yufan Zhang, Shengqiang Tian   

  1. School of Earth Sciences, Lanzhou University, Lanzhou 730000, China
  • Received:2026-01-27 Revised:2026-03-23 Online:2026-04-10 Published:2026-06-09
  • Contact: Shuang Dai E-mail:yxq315666@163.com;daisher@lzu.edu.cn
  • About author:Yao Xiqiang, research area includes tectonic modeling. E-mail: yxq315666@163.com
  • Supported by:
    the National Natural Science Foundation of China(42272034);The National Key Research and Development Program of China(2022YFC2903305-05);The Gansu Provincial Science and Technology Program(25ZYJA023)
全文 ( 14 ) 下载PDF ( 87 )

盆山耦合是大陆岩石圈能量与物质交换的关键过程，对理解板块构造、资源分布及地质灾害具有重要科学意义。其相关物理模拟研究经历了从几何相似到动力学相似、从单一构造模拟到多过程耦合的显著演进。通过回顾该领域的发展历程，指出阶段划分差异实质上是理论突破与技术革新共同驱动的结果。在实验材料方面，模拟材料已从石英砂和硅胶等基础材料，发展为能够精准匹配地质原型流变行为的复合功能材料；进一步对比了脆性、韧性和塑性3类材料的密度、摩擦角/黏度及关键无量纲参数，探讨了超重力条件下材料行为的差异及动力学相似性要求。根据动力源类型，实验模型可分为挤压、伸展和走滑3类驱动模型，它们分别揭示了前陆盆地、裂谷盆地及走滑转换带形成的动力学机制，并一致强调了先存构造与流变分层的控制作用；通过选取3个代表性盆山体系进行同维度对比，揭示了参数实验与实例研究之间的互补性及物理模拟的固有局限。当前，超重力离心、CT扫描、数字体积相关与数值模拟等前沿技术的融合，正推动物理模拟向实时、三维、定量化方向深刻转型。针对尺度效应、时间压缩、实验设备影响及温度缺失等局限，提出了“高分辨率观测与精细建模、智能化连续监测与参数反演、全过程多场耦合模拟、多源数据同化”四类技术发展方向，并构建了“3D打印初始模型—超重力离心提供应力环境—数字体积相关实现四维应变场捕捉—人工智能自动提取构造要素—数值模拟进行参数反演与演化趋势预测”的闭环研究范式。未来该领域将更注重“构造—地貌—沉积”全过程模拟与人工智能识别技术的深度融合，从而为深入揭示地球动力系统的运行机制提供关键的实验支撑与理论框架。

关键词: 盆山耦合, 物理模拟, 流变相似性, 超重力离心, 闭环研究范式

Basin-range coupling is a key process for energy and material exchange within the continental lithosphere, fundamental to understanding plate tectonics, resource distribution, and geological hazards. Its related physical modeling research has undergone a notable evolution from geometric similarity to dynamic similarity, and from single tectonic simulation to multi-process coupling. By reviewing the development of this field, it is pointed out that the differences in stage division are essentially driven by theoretical breakthroughs and technological innovations. Regarding experimental materials, modeling materials have evolved from basic substances such as quartz sand and silicone to composite functional materials capable of accurately matching the rheological behavior of geological prototypes. This paper further compares the density, friction angle/viscosity, and key dimensionless parameters of brittle, ductile, and plastic materials, and discusses the differences in material behavior under hypergravity conditions as well as the requirements for dynamic similarity. Based on the type of driving force, experimental models can be classified into three categories: compression, extension, and strike-slip. These models respectively elucidate the dynamic mechanisms of foreland basins, rift basins, and strike-slip transfer zones, consistently highlighting the controlling roles of pre-existing structures and rheological layering. By comparing three representative basin-mountain systems under the same dimensions, this paper reveals the complementarity between parametric experiments and case studies, along with the inherent limitations of physical modeling. Currently, the integration of cutting-edge technologies such as hypergravity centrifugation, CT scanning, digital volume correlation, and numerical modeling is driving a profound transformation of physical modeling towards real-time, three-dimensional, and quantitative analysis. Addressing the limitations of scale effects, time compression, laboratory apparatus influences, and lack of thermal effects, this paper proposes four technological development directions: high-resolution observation and fine modeling, intelligent continuous monitoring and parameter inversion, full-process multi-field coupled simulation, and multi-source data assimilation. Accordingly, a closed-loop research paradigm is constructed: “3D printing of initial models—hypergravity centrifugation for stress environment—digital volume correlation for four-dimensional strain field capture—artificial intelligence for automatic extraction of structural elements—numerical modeling for parameter inversion and evolutionary trend prediction”. In the future, this field will pay more attention to full-process simulation of “tectonics-geomorphology-sedimentation” and deep integration of artificial intelligence recognition technologies, thereby providing critical experimental support and theoretical frameworks for a deeper understanding of the operating mechanisms of Earth’s dynamic systems.

Key words: Basin-range coupling, Physical modeling, Rheological similarity, Hypergravity centrifugation, Closed-loop research paradigm

中图分类号: 

表1 物理模拟发展阶段划分对比表
Table 1 Comparative stages of physical modeling development
作者发表时间研究对象划分阶段时代划分主要依据
Graveleau等［20］2012年造山楔和地貌过程基础构造模拟阶段19世纪至20世纪中期理论发展和研究热点
临界状态研究阶段20世纪80~90年代
表面过程耦合阶段21世纪初至今
Buiter［19］2012年褶皱冲断带和增生楔早期探索阶段19世纪末至20世纪初理论发展和技术革新
理论奠基阶段20世纪30~80年代
技术方法拓展阶段20世纪末至21世纪初
Schellart等［21］2016年地球动力学过程萌芽阶段19世纪理论发展和技术革新
理论建立阶段20世纪初至60年代
板块构造阶段20世纪70年代至20世纪末
定量与三维模拟阶段21世纪以来
邓宾等［16］2018年褶皱冲断带和浅表过程单一构造模拟阶段20世纪中期至20世纪末理论发展
浅表过程耦合阶段21世纪初至21世纪10年代
“源—汇”系统模拟阶段21世纪10年代至今
魏全超等［18］2023年岩石圈动力学过程地壳尺度模拟阶段20世纪中期至80年代技术革新
岩石圈分层模拟阶段20世纪90年代至21世纪初
三维岩石圈动力学模拟阶段21世纪10年代至今
贾东等［17］2023年褶皱冲断带和基底滑脱层简单楔体模拟阶段20世纪70~80年代理论发展和技术革新
多滑脱层模拟阶段20世纪90年代至21世纪初
先存构造与流体耦合阶段21世纪10年代以来
图1 构造物理模拟发展历程示意图
Fig. 1 Schematic diagram of the development process of tectonic physical modeling
表2 构造物理模拟实验材料对照表
Table 2 Comparison table of materials used in tectonic physical modeling experiments
地质原型层位主导变形机制关键流变参数常用模拟材料举例材料关键性质要求
上地壳（脆性域）

弹性、脆性破裂

弹塑性变形

摩擦角和内聚力石英砂、微玻璃珠、黏土和泡沫高μ，低C，无黏聚性
中地壳（韧—脆过渡）韧性剪切黏度和屈服应力砂+硅胶混合物和塑性油灰应变软化，低屈服应力
下地壳（韧性域）位错蠕变/扩散蠕变黏度和应力指数PDMS、凡士林、蜂蜜和聚合物牛顿流体（n≈1）或幂律流体（n>3）
盐层/部分熔融层黏性流动黏度和密度差PDMS、凡士林和甘油混合物低黏度，低屈服应力，高可变形性
岩浆流体流动黏度和密度差甘油水溶液和低黏度硅油极低黏度（η<10 Pa·s），易注入
表3 构造物理模拟中材料的关键参数对比
Table 3 Comparison of key parameters of materials used in tectonic physical modeling
材料类型典型模拟材料密度/（kg/m3）主要力学参数关键无量纲参数
脆性材料

石英砂

玻璃珠

1 300~1 600

φ = 25°~35°

μ = 0.5~0.7

雷诺数Re ≪ 1
韧性材料

PDMS

葡萄糖浆

950~1 400

η = 103~105 Pa·s （PDMS）

η = 101~102 Pa·s （糖浆）

雷诺数Re ≪ 1

幂律指数n（非牛顿时）

塑性材料

塑化黏土

石蜡

1 100~1 800

τy = 103~104 Pa

n= 3~5（高应力区）

雷诺数Re ≪ 1

宾汉数（屈服应力/黏性应力）
图2 挤压型物理模拟动力加载方式示意图
Fig. 2 Schematic diagram of the dynamic loading method for compression-type physical modeling
图3 不同参数对挤压型物理模拟的影响
（a）不同板块界面几何形态与下地壳流变性质对造山楔结构样式的控制［77］；（b）基底摩擦系数变化对造山楔临界锥角与宽窄形态的影响［18］；（c）挤压速率对变形局部化程度与逆冲序列发育样式的调控［18］。
Fig. 3 Influence of different parameters on compression-type physical modeling
（a） Control of plate interface geometry and lower crustal rheological properties on the structural styles of orogenic wedges［77］； （b） Response of critical taper and width morphology of orogenic wedges to variations in basal friction coefficient［18］；（c） Influence of compression rate on the degree of strain localization and the development patterns of thrust sequences［18］.
图4 不同参数对伸展型盆山耦合物理模拟的影响
（a）正交伸展形成连续裂谷，旋转伸展形成V形盆地［78］；（b）盐下基底起伏控制盐岩流动与上覆层构造［79］。
Fig. 4 Influence of different parameters on the physical modeling of extensional basin-range coupling
（a） Orthogonal extension forms continuous rifts， whereas rotational extension forms V-shaped basins［78］； （b） Subsalt basement relief controls salt flow and overburden structures［79］.
图5 伸展型盆山耦合物理模拟的动力加载方式
（a）分布式基底变形驱动［80-81］；（b）倾斜基底模拟重力驱动［79］。
Fig. 5 Dynamic loading methods for physical modeling of extensional basin-range coupling
（a） Driven by distributed basement deformation［80-81］； （b） Gravitational driving simulated by an inclined basement［79］.
图6 不同参数对走滑型盆山耦合物理模拟的影响
（a）基底先存走滑构造活化控制上覆脆—塑性层变形样式［81］；（b）流变分层控制断层分段性与块体旋转［83］。
Fig. 6 Influence of different parameters on the physical modeling of strike-slip basin-range coupling
（a） Control of reactivated pre-existing basement strike-slip structures on deformation styles in overlying brittle-ductile layers［81］；（b） Influence of rheological layering on segmentation of strike-slip faults and block rotation［83］.
图7 区域复杂构造背景下盆山耦合物理模拟
（a）~（d）压扭应力场形成冲起构造；（e）~（f）张扭应力场形成拉分盆地与转换带；（h）走滑转换带作为“构造关节”的核心功能。
Fig. 7 Physical modeling of basin-range coupling under regionally complex tectonic settings
（a）~（d） A transpressive stress field forms pop-up structures； （e）~（f） A transtensional stress field forms pull-apart basins and transfer zones； （h） The core function of strike-slip transfer zones as “structural joints”.
表4 不同构造背景下盆山体系研究对比
Table 4 Comparison of basin-mountain systems under different tectonic settings
对比维度挤压型：青藏高原—四川盆地伸展型：渤海湾盆地—鲁西隆起走滑型：郯庐断裂带—胶莱盆地
构造背景陆—陆碰撞挤压背景，印度板块与欧亚板块持续汇聚陆内伸展背景，受太平洋板块俯冲后撤及地幔上涌控制走滑剪切背景，郯庐断裂带新生代大规模走滑运动
时间尺度

新生代（65 Ma至今）

主碰撞期45~25Ma

新生代（65 Ma至今）

主伸展期古近纪

白垩纪—新生代，活动高峰期与印度—欧亚碰撞及太平洋俯冲相关
主控过程地壳缩短、逆冲推覆、构造隆升、前陆盆地沉降岩石圈伸展减薄、断块差异升降、盆地快速沉降走滑拉分、剪切变形、转换挤压/转换拉张
研究方法地震成像、低温热年代学、沉积记录裂变径迹定年、地震反射剖面、热史模拟、沉降史分析地震反射剖面、走滑位移量恢复
关键参数缩短量1 500~3 500 km、隆升幅度>4 km、地壳增厚70 km伸展系数β=1.2~1.5、沉降量>6 km、地壳减薄至30 km走滑位移量500~700 km、拉分盆地沉降量3~5 km
主控机制地壳流变分层、隆升—剥蚀耦合拆离断层控盆、断块差异升降走滑拉分成盆、转换挤压造山
图8 技术融合与闭环研究范式概念图
Fig. 8 Conceptual diagram of technology integration and the closed-loop research paradigm
[89] Ye Jiyang， Chen Lianwang， Li Yujiang， et al. Review of numerical simulation on the uplift and tectonic deformation pattern of Tibetan Plateau［J］. Bulletin of the Institute of Crustal Dynamics， 2011（1）： 86-105.
叶际阳， 陈连旺， 李玉江， 等. 青藏高原隆升及构造变形模式的数值模拟研究综述［J］. 地壳构造与地壳应力文集， 2011（1）： 86-105.
[90] Zhang Dongning， Xu Zhonghuai. Boundary conditions of numerical model of rock stratum dynamics in Chinese mainland［J］. Acta Seismologica Sinica， 1999， 21（2）： 133-139.
张东宁， 许忠淮. 中国大陆岩石层动力学数值模型的边界条件［J］. 地震学报， 1999， 21（2）： 133-139.
[91] Zhang J， Du B Y， Li H L， et al. High-resolution inversion based on lithology faces-control of karst reservoir： a case study from Sichuan Basin， China［C］// SEG technical program expanded abstracts 2019. San Antonio， Texas： Society of Exploration Geophysicists， 2019： 3 389-3 393.
[92] Ma W J， Yang Y F， Yang W D， et al. Digital rock mechanical properties by simulation of true triaxial test： impact of microscale factors［J］. Geotechnics， 2023， 3（1）： 3-20.
[93] Fang L F， Yan W C， Xing H L， et al. A new method of multi-source image fusion digital rock reconstruction based on ensemble learning［J］. Journal of Applied Geophysics， 2025， 241： 105864.
[94] Ye Shuwan， Hou Weisheng， Yang Jie， et al. Advance of 3D smart geological modeling［J］. Earth Science Frontiers， 2025， 32（4）： 182-198.
叶舒婉， 侯卫生， 杨玠， 等. 三维地质智能建模研究进展［J］. 地学前缘， 2025， 32（4）： 182-198.
[95] Yu Qiang， Wang Baojiang， Zhang Luming， et al. Research progress and application challenges of deep learning technology in oil and gas exploration［J］. Natural Gas Industry， 2025， 45（5）： 43-56.
于强， 王宝江， 张禄明， 等. 深度学习技术在油气勘探中的研究进展与应用挑战［J］. 天然气工业， 2025， 45（5）： 43-56.
[96] Wu Zhenyun， Yin Hongwei， Koyi H A. Experimental simulation study on the influence of denudation and syntectonic sedimentation on fault activity［J］. Recent Developments in World Seismology， 2015（9）： 75.
吴珍云， 尹宏伟， A.Koyi Hemin. 剥蚀及同构造沉积作用对断层活动性影响的实验模拟研究［J］. 国际地震动态， 2015（9）： 75.
[1] Wilson J T. Did the Atlantic close and then re-open？［J］. Nature， 1966， 211（5 050）： 676-681.
[2] Dewey J F， Bird J M. Mountain belts and the new global tectonics［J］. Journal of Geophysical Research， 1970， 75（14）： 2 625-2 647.
[3] Liu Chiyang， Wang Jianqiang， Zhao Hongge， et al. The classification of sedimentary basins and discussion on relevant issues［J］. Earth Science Frontiers， 2015， 22（3）： 1-26.
刘池洋， 王建强， 赵红格， 等. 沉积盆地类型划分及其相关问题讨论［J］. 地学前缘， 2015， 22（3）： 1-26.
[4] Wu Genyao， Ma Li. An approach to orogenesis-coupled/decoupled basin development and its kinematics［J］. Experimental Petroleum Geology， 2003， 25（2）： 99-109.
吴根耀， 马力. 试论 “盆” “山” 的耦合和脱耦及其运动学［J］. 石油实验地质， 2003， 25（2）： 99-109.
[5] Wu Genyao， Ma Li. Orogeny and coupled/decoupled basin developing： application in petroliferous basin analyses［J］. Petroleum Geology & Expeximent， 2003， 25（6）： 648-660.
吴根耀， 马力. “盆”“山”耦合和脱耦在含油气盆地分析中的应用［J］. 石油实验地质， 2003， 25（6）： 648-660.
[6] Wu Genyao， Ma Li， Liang Xing. Coupling of “basin” and “mountain”： geological theory originated by Chinese［J］. Scientific Chinese， 2005（11）： 52.
吴根耀， 马力， 梁兴. “盆”“山”耦合： 中国人首创的地质理论［J］. 科学中国人， 2005（11）： 52.
[7] Cheng Feng， Peng Jingzhen， Wang Lin， et al. Progress and perspective of coupled evolution of orogens and sedimentary basins due to continental lithospheric flexure［J］. Acta Geologica Sinica， 2023， 97（9）： 2 927-2 938.
程丰， 彭景臻， 王林， 等. 大陆岩石圈挠曲背景下盆山耦合研究进展与展望［J］. 地质学报， 2023， 97（9）： 2 927-2 938.
[8] Chen Youshun， Fang Houguo， Liu Pinghui， et al. Distribution， formation and exploitation of mineral resources in Qinghai-Tibet Plateau［J］. Geography and Geo-Information Science， 2009， 25（6）： 45-50， 59.
陈有顺， 房后国， 刘娉慧， 等. 青藏高原矿产资源的分布、形成及开发［J］. 地理与地理信息科学， 2009， 25（6）： 45-50， 59.
[9] Xu Zhiqin， Yang Jingsui， Hou Zengqian， et al. The progress in the study of continental dynamics of the Tibetan Plateau［J］. Geology in China， 2016， 43（1）： 1-42.
许志琴， 杨经绥， 侯增谦， 等. 青藏高原大陆动力学研究若干进展［J］. 中国地质， 2016， 43（1）： 1-42.
[10] Fang Xiaomin. Phased uplift of the Tibetan Plateau［J］. Science & Technology Review， 2017， 35（6）： 42-50.
方小敏. 青藏高原隆升阶段性［J］. 科技导报， 2017， 35（6）： 42-50.
[11] Hou Quanlin. Some thoughts on challenges and opportunities in structural geology and tectonics ［J］. Chinese Journal of Geology， 2021， 56（1）： 1-6.
侯泉林. 构造地质学发展方向的一些思考［J］. 地质科学， 2021， 56（1）： 1-6.
[12] Yu B L， Jia C Z， Liu K Y， et al. Multi-detachment-controlled thrust structures and deep hydrocarbon exploration targets in southern margin of Junggar Basin， NW China［J］. Petroleum Exploration and Development， 2025， 52（3）： 663-679.
[13] Li Dewei， Xia Yiping， Xu Ligui. Coupling and formation mechanism of continental intraplate basin and orogen： examples from the Qinghai-Tibet Plateau and adjacent basins［J］. Earth Science Frontiers， 2009， 16（3）： 110-119.
李德威， 夏义平， 徐礼贵. 大陆板内盆山耦合及盆山成因： 以青藏高原及周边盆地为例［J］. 地学前缘， 2009， 16（3）： 110-119.
[14] Hall J. Ⅱ. On the vertical position and convolutions of certain strata， and their relation with Granite［J］. Transactions of the Royal Society of Edinburgh， 1815， 7（1）： 79-108.
[15] Deng Bin， Zhao Gaoping， Wan Yuanbo， et al. A review of tectonic sandbox modeling of fold-and-thrust belt［J］. Geotectonica et Metallogenia， 2016， 40（3）： 446-464.
邓宾， 赵高平， 万元博， 等. 褶皱冲断带构造砂箱物理模型研究进展［J］. 大地构造与成矿学， 2016， 40（3）： 446-464.
[16] Deng Bin， Huang Rui， Ma Hualing， et al. “Source to sink”： a review of tectonics-erosion-sedimentation interactions in the analogue experiments of accretionary wedge［J］. Geotectonica et Metallogenia， 2018， 42（3）： 431-444.
邓宾， 黄瑞， 马华灵， 等. “从源到汇”： 褶皱冲断带—前陆盆地系统砂箱物理模型浅表作用研究［J］. 大地构造与成矿学， 2018， 42（3）： 431-444.
[17] Jia Dong， Yang Shufeng， Yin Hongwei， et al. Physical modelling experiments of fold-thrust belts： a review based on previous and new experimental models［J］. Acta Geologica Sinica， 2023， 97（9）： 2 896-2 913.
贾东， 杨树锋， 尹宏伟， 等. 褶皱冲断带物理模拟实验研究进展［J］. 地质学报， 2023， 97（9）： 2 896-2 913.
[18] Wei Quanchao， Liu Zijun， Khalid A， et al. A review on analog experiments of geodynamic processes［J］. Advances in Earth Science， 2023， 38（6）： 644-660.
魏全超， 刘恣君， AHMEN Khalid， 等. 岩石圈动力学过程砂箱物理模拟研究进展［J］. 地球科学进展， 2023， 38（6）： 644-660.
[19] Buiter S J H. A review of brittle compressional wedge models［J］. Tectonophysics， 2012， 530： 1-17.
[20] Graveleau F， Malavieille J， Dominguez S. Experimental modelling of orogenic wedges： a review［J］. Tectonophysics， 2012， 538： 1-66.
[21] Schellart W P， Strak V. A review of analogue modelling of geodynamic processes： approaches， scaling， materials and quantification， with an application to subduction experiments［J］. Journal of Geodynamics， 2016， 100： 7-32.
[22] Malavieille J. Impact of erosion， sedimentation， and structural heritage on the structure and kinematics of orogenic wedges： analog models and case studies［J］. GSA Today， 2010， 20（1）： 4-10.
[23] Hubbert M K. Theory of scale models as applied to the study of geologic structures［J］. Geological Society of America Bulletin， 1937， 48（10）： 1 459-1 520.
[24] Colletta B， Letouzey J， Pinedo R， et al. Computerized X-ray tomography analysis of sandbox models： examples of thin-skinned thrust systems［J］. Geology， 1991， 19（11）： 1063.
[25] Cadell H M. VII. —experimental researches in mountain building［J］. Transactions of the Royal Society of Edinburgh， 1889， 35（1）： 337-357.
[26] Willis B. The mechanics of appalachian structure［M］. Washington： United States Geological Survey， 1894.
[27] Daubrée A. Études synthétiques de géologie expérimentale［M］. Paris： Dunod， 1879.
[28] Ramberg H. Model experimentation of the effect of gravity on tectonic processes［J］. Geophysical Journal of the Royal Astronomical Society， 1967， 14（1/2/3/4）： 307-329.
[29] Gzovsky M V. The use of scale models in tectonophysics［J］. International Geology Review， 1959， 1（4）： 31-47.
[30] Sun Dianqing. Li Siguang’s academic thought and contribution： the centenary of the birth of the outstanding Earth scientist Li Siguang （J.S. Lee）［J］. Quaternary Sciences， 1989， 9（3）： 205-223.
孙殿卿. 李四光学术思想和贡献： 纪念李四光教授百年诞辰［J］. 第四纪研究， 1989， 9（3）： 205-223.
[31] Zhao Wenjin. Continental drift， plate tectonics and geomechanics［J］. Acta Geoscientica Sinica， 2009， 30（6）： 717-731.
赵文津. 大陆漂移， 板块构造， 地质力学［J］. 地球学报， 2009， 30（6）： 717-731.
[32] Flint J J. Experimental development of headward growth of channel networks［J］. Geological Society of America Bulletin， 1973， 84（3）： 1 087-1 100.
[33] Paola C， Straub K， Mohrig D， et al. The “unreasonable effectiveness” of stratigraphic and geomorphic experiments［J］. Earth-Science Reviews， 2009， 97（1/2/3/4）： 1-43.
[34] White D J， Take W A， Bolton M D. Soil deformation measurement using Particle Image Velocimetry （PIV） and photogrammetry［J］. Géotechnique， 2003， 53（7）： 619-631.
[35] Adam J， Urai J L， Wieneke B， et al. Shear localisation and strain distribution during tectonic faulting： new insights from granular-flow experiments and high-resolution optical image correlation techniques［J］. Journal of Structural Geology， 2005， 27（2）： 283-301.
[36] Adam J， Klinkmüller M， Schreurs G， et al. Quantitative 3D strain analysis in analogue experiments simulating tectonic deformation： integration of X-ray computed tomography and digital volume correlation techniques［J］. Journal of Structural Geology， 2013， 55： 127-149.
[37] Konstantinovskaya E， Malavieille J. Thrust wedges with décollement levels and syntectonic erosion： a view from analog models［J］. Tectonophysics， 2011， 502（3/4）： 336-350.
[38] Chen Y M， Tang Y， Ling D S， et al. Hypergravity experiments on multiphase media evolution［J］. Science China Technological Sciences， 2022， 65（12）： 2 791-2 808.
[39] Einstein H. Physical modelling in rock mechanics and rock engineering［J］. Rock Mechanics and Rock Engineering， 2024， 57（12）： 10 187-10 204.
[40] Davy P， Cobbold P R. Experiments on shortening of a 4-layer model of the continental lithosphere［J］. Tectonophysics， 1991， 188（1/2）： 1-25.
[41] Schellart W P. Shear test results for cohesion and friction coefficients for different granular materials： scaling implications for their usage in analogue modelling［J］. Tectonophysics， 2000， 324（1/2）： 1-16.
[42] Lohrmann J， Kukowski N， Adam J， et al. The impact of analogue material properties on the geometry， kinematics， and dynamics of convergent sand wedges［J］. Journal of Structural Geology， 2003， 25（10）： 1 691-1 711.
[43] Panien M， Schreurs G， Pfiffner A. Mechanical behaviour of granular materials used in analogue modelling： insights from grain characterisation， ring-shear tests and analogue experiments［J］. Journal of Structural Geology， 2006， 28（9）： 1 710-1 724.
[44] Weijermars R， Schmeling H. Scaling of Newtonian and non-Newtonian fluid dynamics without inertia for quantitative modelling of rock flow due to gravity （including the concept of rheological similarity）［J］. Physics of the Earth and Planetary Interiors， 1986， 43（4）： 316-330.
[45] Broerse T， Norder B， Govers R， et al. New analogue materials for nonlinear lithosphere rheology， with an application to slab break-off［J］. Tectonophysics， 2019， 756： 73-96.
[46] Koyi H A. Modeling the influence of sinking anhydrite blocks on salt diapirs targeted for hazardous waste disposal［J］. Geology， 2001， 29（5）： 387-390.
[47] Galland O， Hallot E， Cobbold P R， et al. Volcanism in a compressional Andean setting： a structural and geochronological study of Tromen volcano （Neuquén Province， Argentina）［J］. Tectonics， 2007， 26（4）： 2006TC002011.
[48] Rudolf M， Boutelier D， Rosenau M， et al. Rheological benchmark of silicone oils used for analog modeling of short- and long-term lithospheric deformation［J］. Tectonophysics， 2016， 684： 12-22.
[49] Davis D， Suppe J， Dahlen F A. Mechanics of fold-and-thrust belts and accretionary wedges［J］. Journal of Geophysical Research： Solid Earth， 1983， 88（B2）： 1 153-1 172.
[50] McClay K R. Extensional fault systems in sedimentary basins： a review of analogue model studies［J］. Marine and Petroleum Geology， 1990， 7（3）： 206-233.
[51] Krantz R W. Measurements of friction coefficients and cohesion for faulting and fault reactivation in laboratory models using sand and sand mixtures［J］. Tectonophysics， 1991， 188（1/2）： 203-207.
[52] Bonini L， Basili R， Toscani G， et al. The effects of pre-existing discontinuities on the surface expression of normal faults： insights from wet-clay analog modeling［J］. Tectonophysics， 2016， 684： 157-175.
[53] Dooley T P， Hudec M R， Carruthers D， et al. The effects of base-salt relief on salt flow and suprasalt deformation patterns： part 1： flow across simple steps in the base of salt［J］. Interpretation， 2017， 5（1）： SD1-SD23.
[54] Withjack M O， Henza A A， Schlische R W. Three-dimensional fault geometries and interactions within experimental models of multiphase extension［J］. AAPG Bulletin， 2017， 101（11）： 1 767-1 789.
[55] Byerlee J. Friction of rocks［J］. Pure and Applied Geophysics， 1978， 116（4/5）： 615-626.
[56] Gomes C J S. Investigating new materials in the context of analog-physical models［J］. Journal of Structural Geology， 2013， 46： 158-166.
[57] Anooshehpoor A， Brune J N. Wrinkle-like Weertman pulse at the interface between two blocks of foam rubber with different velocities［J］. Geophysical Research Letters， 1999， 26（13）： 2 025-2 028.
[58] Rosenau M， Lohrmann J， Oncken O. Shocks in a box： an analogue model of subduction earthquake cycles with application to seismotectonic forearc evolution［J］. Journal of Geophysical Research： Solid Earth， 2009， 114（B1）： 2008JB005665.
[59] Burg J P， Davy P， Martinod J. Shortening of analogue models of the continental lithosphere： new hypothesis for the formation of the Tibetan Plateau［J］. Tectonics， 1994， 13（2）： 475-483.
[60] Willingshofer E， Sokoutis D， Burg J P. Lithospheric-scale analogue modelling of collision zones with a pre-existing weak zone［J］. Geological Society， London， Special Publications， 2005， 243（1）： 277-294.
[61] Weijermars R. Flow behaviour and physical chemistry of bouncing putties and related polymers in view of tectonic laboratory applications［J］. Tectonophysics， 1986， 124（3/4）： 325-358.
[62] Schellart W P. Rheology and density of glucose syrup and honey： determining their suitability for usage in analogue and fluid dynamic models of geological processes［J］. Journal of Structural Geology， 2011， 33（6）： 1 079-1 088.
[63] Zulauf J， Zulauf G. Rheology of plasticine used as rock analogue： the impact of temperature， composition and strain［J］. Journal of Structural Geology， 2004， 26（4）： 725-737.
[64] Rossetti F， Ranalli G， Faccenna C. Rheological properties of paraffin as an analogue material for viscous crustal deformation［J］. Journal of Structural Geology， 1999， 21（4）： 413-417.
[65] Cobbold P R. Fold propagation in single embedded layers［J］. Tectonophysics， 1975， 27（4）： 333-351.
[66] Brune J N， Ellis M A. Structural features in a brittle-ductile wax model of continental extension［J］. Nature， 1997， 387（6 628）： 67-70.
[67] Jacoby W R. Paraffin model experiment of plate tectonics［J］. Tectonophysics， 1976， 35（1/2/3）： 103-113.
[68] Higashi N， Sumita I. Experiments on granular rheology： effects of particle size and fluid viscosity［J］. Journal of Geophysical Research： Solid Earth， 2009， 114（B4）： 2008JB005999.
[69] Reber J E， Lavier L L， Hayman N W. Experimental demonstration of a semi-brittle origin for crustal strain transients［J］. Nature Geoscience， 2015， 8（9）： 712-715.
[70] Cooke M L， Van Der Elst N J. Rheologic testing of wet Kaolin reveals frictional and bi-viscous behavior typical of crustal materials［J］. Geophysical Research Letters， 2012， 39（1）： L01303.
[71] Yin K X， Fauchille A L， Vasilescu R， et al. Influence of clay fraction on the shear behavior of an interface between sand-clay mixture and concrete［J］. Geomechanics for Energy and the Environment， 2024， 38： 100543.
[72] Xu C L， Guo H， Lv C Z， et al. Structure and dynamics heterogeneity in poly（vinyl acetal）s： the effect of side group length［J］. Polymer， 2024， 295： 126741.
[73] Zahid H A， Zaidi S B A， Ahmad N. Eco-efficient modification of asphalt binders and mixtures using elevated ratios of polyethylene terephthalate and crumb rubber waste： a step towards sustainable roads［J］. Innovative Infrastructure Solutions， 2025， 10（4）： 158.
[74] Waffle L， Godin L， Harris L B， et al. Rheological and physical characteristics of crustal-scaled materials for centrifuge analogue modelling［J］. Journal of Structural Geology， 2016， 86： 181-199.
[75] Schadler L S， Kumar S K， Benicewicz B C， et al. Designed interfaces in polymer nanocomposites： a fundamental viewpoint［J］. MRS Bulletin， 2007， 32（4）： 335-340.
[76] Xia Z Y， Alphonse V D， Trigg D B， et al. ‘Seeing’ strain in soft materials［J］. Molecules， 2019， 24（3）： 542.
[77] Luth S， Willingshofer E， Sokoutis D， et al. Analogue modelling of continental collision： influence of plate coupling on mantle lithosphere subduction， crustal deformation and surface topography［J］. Tectonophysics， 2010， 484（1/2/3/4）： 87-102.
[78] Zwaan F， Schreurs G， Rosenau M. Rift propagation in rotational versus orthogonal extension： insights from 4D analogue models［J］. Journal of Structural Geology， 2020， 135： 103946.
[79] De Oliveira Santos C H， Pichel L M， Da Silva F C A. The effects of subsalt relief on gravity-driven salt tectonics： results from analogue modelling［J］. Journal of Structural Geology， 2023， 174： 104919.
[80] Zwaan F， Schreurs G， Adam J. Effects of sedimentation on rift segment evolution and rift interaction in orthogonal and oblique extensional settings： insights from analogue models analysed with 4D X-ray computed tomography and digital volume correlation techniques［J］. Global and Planetary Change， 2018， 171： 110-133.
[81] Peng Z Y， Graveleau F， Vendeville B C， et al. Interaction between basement inherited strike-slip structures and thrust wedge propagation in the northern Tianshan foreland basin： insight from analogue modelling experiments［J］. Journal of Structural Geology， 2024， 183： 105143.
[82] Zwaan F， Schreurs G. How oblique extension and structural inheritance influence rift segment interaction： insights from 4D analog models［J］. Interpretation， 2017， 5（1）： SD119-SD138.
[83] Venâncio M B， Da Silva F C A. Structures evolution along strike-slip fault zones： the role of rheology revealed by PIV analysis of analog modeling［J］. Tectonophysics， 2023， 851： 229764.
[84] Fedorik J， Zwaan F， Schreurs G， et al. The interaction between strike-slip dominated fault zones and thrust belt structures： insights from 4D analogue models［J］. Journal of Structural Geology， 2019， 122： 89-105.
[85] Schreurs G. Experiments on strike-slip faulting and block rotation［J］. Geology， 1994， 22（6）： 567.
[97] Gao Haoyuan， Gao Yang， Yin Yueping， et al. New scientific issues in the study of high-elevation and long-runout landslide dynamics in the Qinghai-Tibet Plateau［J］. Journal of Geomechanics， 2022， 28（6）： 1 090-1 103.
高浩源， 高杨， 殷跃平， 等. 青藏高原高位远程滑坡动力学研究的新问题［J］. 地质力学学报， 2022， 28（6）： 1 090-1 103.
[98] Jiang Cheng， Tian Jiayong， Lan Xiaowen. A review on the application of data assimilation method in solid Earth geophysics［J］. Journal of Geodesy and Geodynamics， 2024， 44（8）： 857-866.
蒋骋， 田家勇， 兰晓雯. 数据同化方法在固体地球物理学中的应用研究进展［J］. 大地测量与地球动力学， 2024， 44（8）： 857-866.
[99] Zhou Gongdan， Cui Peng， Wu Hongwei， et al. Large-scale experimental platform for dynamic simulation of mountain hazards（LEADS）［J］. Bulletin of Chinese Academy of Sciences， 2024， 39（8）： 1 458-1 467， 1 499.
周公旦， 崔鹏， 吴宏伟， 等. 山地灾害大尺度动力学模拟实验平台［J］. 中国科学院院刊， 2024， 39（8）： 1 458-1 467， 1 499.
[100] Chao B F， Shih S A. Multipole expansion： unifying formalism for Earth and planetary gravitational dynamics［J］. Surveys in Geophysics， 2021， 42（4）： 803-838.
[101] Ni Huaiwei， Wang Qinxia， Wang Chunguang， et al. Experimental petrology： status quo and prospect［J］. Earth Science， 2022， 47（8）： 2 691-2 700.
倪怀玮， 王沁霞， 王春光， 等. 实验岩石学发展现状与趋势［J］. 地球科学， 2022， 47（8）： 2 691-2 700.
[102] Niu L F， Hu X L， Xu C， et al. Physical model test of the deformation mechanism of the multi-sliding zones landslide subjected to the operated reservoir［J］. Bulletin of Engineering Geology and the Environment， 2023， 82（6）： 213.
[103] Zhu J H， Lv Q， Xie D， et al. Physical model test on the deformation mechanism of reservoir bank slopes with sand layers under coupled hydro-mechanical conditions［J］. Frontiers in Earth Science， 2022， 10： 863370.
[86] Leng W， Gurnis M. Dynamics of subduction initiation with different evolutionary pathways： different subduction initiation pathways［J］. Geochemistry， Geophysics， Geosystems， 2011， 12（12）： Q12011.
[87] Li C S， Yin H W， Wu C， et al. Calibration of the discrete element method and modeling of shortening experiments［J］. Frontiers in Earth Science， 2021， 9： 636512.
[88] Li C S， Yin H W， Wu Z Y， et al. Effects of salt thickness on the structural deformation of foreland fold-and-thrust belt in the Kuqa Depression， Tarim Basin： insights from discrete element models［J］. Frontiers in Earth Science， 2021， 9： 655173.
[1] 李超, 陈国辉, 何智远, 王平, 薛飞, 施一凡. 中国西部新生代陆内前陆盆地迁移过程及其构造指示意义[J]. 地球科学进展, 2023, 38(7): 729-744.
[2] 冯佳睿, 高志勇, 崔京钢, 周川闽. 库车坳陷迪北侏罗系深部储层孔隙演化特征与有利储层评价——埋藏方式制约下的成岩物理模拟实验研究[J]. 地球科学进展, 2018, 33(3): 305-320.
[3] 朱如凯，邹才能，白斌，苏玲，高志勇，罗忠. 全球油气勘探研究进展及对沉积储层研究的需求[J]. 地球科学进展, 2011, 26(11): 1150-1161.
[4] 王运生，罗永红，吴俊峰，孙耀明. 中国西部深切河谷谷底卸荷松弛带成因机理研究[J]. 地球科学进展, 2008, 23(5): 463-468.
[5] 吴武军;曾佐勋;朱文革. 鱼嘴构造流变计研究与基于流变学的分类方案[J]. 地球科学进展, 2005, 20(9): 925-931.
[6] 张仲培;王清晨. 断层滑动分析与古应力恢复研究综述[J]. 地球科学进展, 2004, 19(4): 605-613.
[7] 吴武军;曾佐勋;刘立林. 利用鱼嘴构造恢复岩层初始厚度的初步方法[J]. 地球科学进展, 2004, 19(2): 316-320.
阅读次数
全文


摘要

地址：甘肃省兰州市天水中路8号
QQ：114723517
电话：0931-8762293　E-mail：adearth@lzb.ac.cn
陇ICP备2021001824号-5　 甘公网安备62010202000687