川东—湘鄂西褶皱-冲断带位于我国南方中上扬子地区,该区因其丰富的天然气资源与强烈的构造变形而受到密切关注。油气勘探实践表明该区天然气藏的形成与构造演化过程关系密切。大量的地表地质工作和油气勘探资料为该区构造特征研究奠定了良好基础,但是同一构造带不同位置,构造特征存在明显差异性。尽管前人已经较好地揭示了该地区的构造几何学特征,但该区存在差异的褶皱样式和运动学指向反转构造以及川东南形成马尾状构造特征,这些非常独特的地质变形现象前人都没有进行系统的分析。同时,有关该区的构造演化过程与形成机制仍有不同观点。前人开展的研究表明,川东—湘鄂西褶皱-冲断带的形成可以用递进扩展变形、穿时递进变形、成因演化等多种主流模式来进行解释。但近年来取得的低温热年代学数据表明,雪峰北缘大庸断裂带与齐岳山断裂带的隆升、剥蚀的时代具有一定的同步性。因此,有关研究区形成和演化仍然需要进一步探讨。尽管前人对研究区已开展2D物理模拟和数值模拟的研究,并揭示研究区基底新元古界板岩和寒武系膏盐岩、震旦系泥页岩对变形演化具有重要控制作用,但缺乏三维物理模拟研究,因此有关研究区的构造演化问题仍然没有得到完全理解。为此,本文在前人研究基础上,开展了遥感断裂体系解译和地质剖面分析,系统地分析了研究区的构造几何学特征,并应用3D物理模拟技术对该区的形成和演化进行研究。研究中川东构造带、湘鄂西构造带及川东—湘鄂西褶皱-冲断带3个系列共计17组模型的物理模拟实验结果揭示,川东—湘鄂西褶皱-冲断带的变形受边界几何形态、地层滑脱层分布、脆韧性组合、流变学结构等因素控制:(1)川东—湘鄂西褶皱-冲断带中生代的变形过程主要受边界断裂和地层流变学结构的控制。变形最先发生在雪峰隆起前缘的大庸边界断裂和四川地块东缘的齐岳山边界断裂部位,然后分别从这两条边界断裂向北西扩展,最终止于华蓥山断裂一线。(2)研究区褶皱-冲断带隔挡、隔槽式褶皱的平面展布明显受大庸和齐岳山这两条边界断裂的几何形态控制。同时基于系列模型的对比揭示湘鄂西地区的构造变形受深部韧性下地壳的控制,而川东地区的变形特征受四川地块下地壳流变学特征差异的控制,大致以华蓥山断裂为界两侧下地壳可能具有明显不同的流变学性质。(3)同时,川东南马尾状构造的形成与川东华蓥山和齐岳山断裂边界形态关系密切;脆韧性地层厚度比和脆性层的厚度差异对褶皱的波长和样式产生具有重要控制作用;适当的基底摩擦作用是形成马尾状构造的必要条件,地层基底摩擦力太大,不利于应变向川东地区扩展,同时基底摩擦力太小,变形则受边界的影响而不利于形成马尾状构造;研究区基底流变学结构为川东南马尾状构造的形成提供了有利的形成条件。(4)此外,模拟实验各变形阶段的应变场特征分析表明,天然气藏主要分布在应变场较弱的部位,包括川东达州、川东南长宁低缓褶皱带及湘鄂西向斜等弱应变场区域是形成天然气藏的有利区带。