关于继承性推力和走滑断层相互作用作用的模拟研究：对阿尔博兰海Al Idrissi断层系统的启示

《Tectonophysics》：Analogue modelling of interactions between inherited thrusts and strike-slip faulting: Implications for the Al Idrissi Fault System in the Alboran Sea

　　

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  继承性推挤构造与走滑断层相互作用的模拟模型。
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  继承性推挤构造与左旋断层之间最佳倾角。
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  Al Idrissi断层系统受到继承性压缩构造的强烈影响。
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  初始走滑板块边界的形成与演化。

引言

走滑断层是适应海洋转换带和大陆板块边界水平位移的关键构造结构（Woodcock, 1986; Molnar and Dayem, 2010）。它们也常见于斜向俯冲环境、碰撞造山带、构造挤压区域（Tapponnier et al., 1982; Cembrano et al., 1996）以及含盐被动边缘（Rowan, 2020）。在所有这些情况下，来自先前构造阶段的上地壳不均匀性对断层的重新活化、形成和方向起着重要作用（Tapponnier et al., 2001; Fournier et al., 2004; Estrada et al., 2017; Pffifner, 2017）。

阿尔博兰海提供了一个这种构造演变的典型例子。该地区的盆地通过两个主要阶段形成。第一个阶段是随着特提斯板块向西逐渐撤退而发生的弧后伸展作用，其间伴随着板块撕裂传播断层的形成（例如Calvert et al., 2000; Jolivet et al., 2008）。第二个阶段与欧亚板块和非洲板块之间的NE-WE斜向汇聚有关，始于晚托尔顿期（例如Comas et al., 1999; Do Couto et al., 2014; Martinez-Garcia et al., 2017; d'Acremont et al., 2020），这导致了跨阿尔博兰剪切带（TASZ，图1A）的形成，这是一个从阿尔梅里亚（西班牙）延伸至阿尔霍塞马（摩洛哥）约190公里的宽大的NE-SW向左旋变形带。TASZ包括一个褶皱-推挤带系统，可能位于原来的南部板块撕裂传播断层（STEP，图1A）沿线，该系统抬升了诸如北部阿尔博兰海岭（NAR）以及构成南部阿尔博兰海岭（SAR）的Xauen、Tofi?o和Francesc Pages海岭等 offshore 结构（图1A）。

Al Idrissi断层系统（AIFS）是一个位于TASZ中部的NNE-SSW向左旋断层系统，分隔了NAR和SAR（图1A）。AIFS大约在180万年前开始形成（Lafosse et al., 2017），据认为它代表了最初的非洲-欧亚板块边界（Galindo-Zaldivar et al., 2018; Gràcia et al., 2019; Lafosse et al., 2020; Billi et al., 2023; Vidil et al., 2025）。该断层系统在先前已经发生过推挤作用的地域中发展，通过不同方向的断层段连接起来——有些断层段几乎垂直于区域汇聚方向（Palano et al., 2015）。这个断层系统还分隔了具有强烈岩石学、流变性、年龄、热状态和地质动力学差异的地壳域（图1B；例如Gómez de la Pe?a et al., 2018; d'Acremont et al., 2020; Tendero-Salmeron et al., 2021）。

根据地质和地球物理数据，AIFS的水平滑移速率相对较低，估计为每年2.7-3.7毫米（Lafosse et al., 2017, Lafosse et al., 2020; Vidil et al., 2025），而基于GPS测量的数据则高达每年约3.8毫米（Koulali et al., 2011）。该地区的地震活动相当频繁（Neres et al., 2016; Buforn et al., 2017; Stich et al., 2020; Sanchez-Roldan et al., 2024）。然而，在过去三十年中，有三次6.0-6.4级的地震破坏了AIFS或其邻近断层（1994年、2004年和2016年），对阿尔霍塞马地区造成了严重破坏（Calvert et al., 2000; Ait Brahim et al., 2004）。为了更好地评估这一初始板块边界的地震危险性，需要更深入地了解AIFS的几何形态和运动学特性。

尽管在阿尔博兰海进行了大量的海洋地球物理调查，但详细的断层结构仍然难以解析，重建其变形历史仍然是一个重大挑战。为了更好地理解继承性构造对AIFS几何形态和运动学的影响，本研究采用了模拟建模方法。模拟模型是研究断层形成、断层段连接以及走滑断层带内结构发育相对时序的有用工具（例如Riedel, 1929; Tchalenko, 1970; Naylor et al., 1986; Dooley and Schreurs, 2012; Guillaume et al., 2022; Venancio and Da Silva, 2023; Boussarsar et al., 2022; Fedorik et al., 2019; Vendeville et al., 2024）。为了深入了解继承性推挤构造与走滑断层之间的相互作用，我们进行了一项模拟建模研究，模拟了两个连续的变形阶段，并改变了缩短方向与随后走滑变形之间的角度。

我们的结果分为几个部分，描述了不同实验设置下走滑断层的形成和演化过程。通过剖面分析进一步研究了深层推挤构造与走滑断层之间的相互作用。然后我们讨论了倾角的作用，最后将我们的结果与实际的Al Idrissi断层系统进行了比较。

章节片段

地质背景

阿尔博兰海位于西班牙和摩洛哥之间，处于地中海的西侧边缘。它由三个海洋盆地（西部、南部和东部阿尔博兰盆地，分别为WAB、SAB、EAB，图1A）、多个海底浅滩、穿过西班牙南部和摩洛哥北部的贝蒂克-里夫造山带以及直布罗陀海峡组成。贝蒂克-里夫带内部区域受到地壳尺度伸展作用的影响（Bouillin et al., 1986; Verges and Fernandez, 2012）

实验设置

我们进行了两个连续变形阶段的模拟实验：首先是缩短阶段，随后是左旋走滑阶段。我们假设阿尔博兰地区与非洲地壳之间的地壳厚度差异（图1B；Estrada et al., 2017; Gracia et al., 2019）决定了基底走滑断层的定位。为了在模拟模型中再现这一继承性结构，我们采用了走滑实验装置（例如Schreurs, 2003; Dooley and Schreurs, 2012; Hatem）

结果

我们的观察重点在于走滑断层的发展过程，包括四个关键阶段：1）Riedel剪切阶段，2）RL剪切阶段，3）相互作用阶段，4）局部化断层阶段。这些阶段的划分基于Tchalenko（1970）、Naylor et al.（1986）、Schreurs（2003）、Hatem et al.（2017）、Jiao et al.（2021）和Visage et al.（2023）的分类和描述。为了描述这些结构的方向，我们规定北方方向为走滑方向

Al Idrissi断层系统的划分

对比参考实验（不含继承性推挤构造）和包含继承性推挤构造的实验结果表明，来自汇聚阶段的构造对走滑断层的形成、几何形态和演化起着决定性作用。在缩短的地区，走滑变形发生得较晚，断层段更短，并且受到推挤构造的空间限制，这些推挤构造在局部区域发生了逆冲再活化。此外，

结论

本研究通过一系列模拟实验探讨了正在发育的走滑断层与上一汇聚阶段继承的推挤构造之间的结构关系。实验表明，在先前已经缩短的区域中，走滑断层段较短，并在整个发育过程中受到推挤构造的空间限制。继承性推挤构造在逆冲条件下可以在局部重新活化，特别是当推挤构造的方向与...

CRediT作者贡献声明

Fabien Caroir：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 初始草稿，可视化，验证，软件使用，方法论，研究，数据分析，概念化。Nadaya Cubas：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 初始草稿，可视化，验证，监督，软件使用，资源管理，项目协调，方法论，研究，资金争取，数据分析，概念化。Pauline Souloumiac：撰写 – 审稿与编辑，撰写 –

未引用文献

Sylvester, 1988

利益冲突声明

作者声明本手稿不存在利益冲突。

致谢

这项海上研究得到了法国国家研究署（ANR）的部分或全部资助，资助项目为ALBANEO项目“ANR-22-EDIR-0001-01 和 ANR-22-EDIR-0001-02”。我们衷心感谢Adrien Frizon de Lamotte和Jean-Christian Colombier在实验装置建造过程中提供的技术支持。同时，我们也想要向编辑Samuel Angiboust以及审稿人Oriol Ferrer和Jesus Galindo-Zaldivar表示衷心的感谢，他们的贡献非常宝贵

Fabien Caroir|Nadaya Cubas|Pauline Souloumiac|Anvar Farkhutdinov|Bertrand Maillot|Léa Vidil|Alain Rabaute|Nicolas Chamot-Rooke|Camille Labey|Elia d'Acremont