剑门关地区位于四川省广元市剑阁县,是我国重要的旅游胜地,集全国重点文物保护单位、国家森林公园、国家自然与文化双遗产等众多头衔于一身,尤其以丹霞地貌为特色的地质景观、遗迹深受游客喜爱。近年来地质旅游的兴起,在剑门关地区掀起一股以探索其形成过程为主的科研热风,吸引了诸多国内外学者来此考察。剑门关地区构造活动主要受到来自西北方向的龙门山构造带的推覆隆升影响,导致该区沉积了一套巨厚的砂砾岩层,岩层的岩性特征、展布情况受构造活动强弱的控制。沉积体系的各种特征标志着构造活动的强弱,通过对剑门关地区沉积体系岩性特征分析,总结沉积韵律特征,能够确定沉积动力特征,反映构造活动特征、沉积动力场所和强弱变化规律。剑门关地区属于龙门山构造带的前陆部分,其构造活动受龙门山构造带的影响。地质历史中,龙门山构造带发生过多次的逆冲推覆活动,在推覆隆升过程中,龙门山构造带起到传递带的作用,把来自西北地区压应力传递到剑门关地区,使剑门关地区构造活动发生相应的变化,形成了一系列的小断裂带。龙门山构造带不断隆升过程中,产生大量的岩石碎屑物质,通过传递带的作用和外动力搬运作用,碎屑物被搬运到前陆地带的剑门关地区,经过漫长时间,形成一套巨厚的沉积体系。剑门关地区属于龙门山构造带的前陆部分,其构造活动受龙门山构造带的影响。地质历史中,龙门山构造带发生过多次的逆冲推覆活动,在推覆隆升过程中,龙门山构造带起到传递带的作用,把来自西北地区压应力传递到剑门关地区,使剑门关地区构造活动发生相应的变化,形成了一系列的小断裂带。龙门山构造带不断隆升过程中,产生大量的岩石碎屑物质,通过传递带的作用和外动力搬运作用,碎屑物被搬运到前陆地带的剑门关地区,经过漫长时间,形成一套巨厚的沉积体系。剑门关地区沉积体系的形成、发展和演化受龙门山构造带控制,来自龙门山构造带的碎屑沉积物在该区沉积、胶结并压实成岩。剑门关地区以红色丹霞地貌为特色,在地质历史的长期演化过程中,内外营力共同作用,形成了造型独特的景观,又因为该区地处湿润气候区,使成岩过程发生化学反应,形成独特的红层岩层。剑门关地区红层分层明显,主要包括剑门关组、莲花口组、遂宁组和沙溪庙组,各层特点显著,发育平行、交错层理。剑门关地区内地质遗迹分布众多,岩层展布清晰,地质露头多且典型,是国内地质遗迹研究的重要研究区。根据成景动力和造型特征分为断裂隆升悬崖、水蚀峡谷及溶洞、风蚀柱及峰林、崩塌痕迹四种景观类型,并进行分类特征论述。通过对丹霞地貌构造特征分析、岩石物源分析、节理产状分析等,结合成景机制分析,确定丹霞地貌属于发育阶段的青年期,节理玫瑰图表明岩层走向和龙门山构造带一致,区内断裂、节理受龙门山推覆褶皱带控制。剑门关地区巨厚砂砾岩—砂泥岩互层沉积体系具有明显的垂向韵律性和北西—南东向递变性,龙门山构造带控制地层平面展布特征,水动力控制地层垂向韵律特征。三叠纪是四川盆地海陆转换的重要时期,根据沉积物进积退积特征、河流演化过程沉积物变化特征、水陆过渡带沉积物变化特征,剑门关地区中侏罗统—下白垩统沉积相类型分为冲积扇相、河流相、三角洲相、湖泊相,并向南东延伸。剑门关地区构造活动控制沉积体系发展趋势,沉积体系的变化规律反映构造活动的强弱级次。通过对剑门关地区构造活动和沉积体系的分析,建立两者之间的耦合关系有三方面:沉积韵律、沉积过程和动力机制分别于构造活动的耦合关系。(1)剑门关地区沉积韵律与构造活动耦合概括为:晚侏罗世早期,龙门山处于隆升阶段,表面岩屑碎裂,随洪水流出山口,形成冲积扇相;晚侏罗世中晚期,龙门山构造带较活跃,在山前发育河流相,河流最终流向湖泊,形成湖泊相,在河湖交接处形成三角洲相;早白垩世,龙门山构造带相对稳定,各种沉积相发育较好。(2)剑门关地区沉积过程与构造活动耦合概括为:沉积过程是建立在以百万年地质时间单位基础上形成的,在沉积体系上表现为厘米甚至毫米级别的沉积序列。构造活动控制沉积体系的演变,沉积体系影响构造活动的强弱。沉积物质粒度的变化是构造活动强弱最直接的证据,粒度的由粗到细是构造活动由强到弱的表现,反之亦可成立。构造活动在岩石圈中发生的级别、规模同样受到沉积体系的影响,主要表现在沉积物物质成分、胶结程度、岩性能够影响构造活动的强弱,例如胶结程度好、岩性强硬的岩层能够削弱构造活动强度。(3)剑门关地区动力机制与构造活动耦合概括为:动力机制主要包括内动力和外动力两种类型,内动力使地球表面变得起伏不平,外动力主要起到夷平作用。内动力控制地貌地形的宏观模式,外动力塑造景观类型。沉积体系同样反作用于动力机制,主要表现在沉积岩层成分、结构、构造特征对构造活动动力削弱、内动力受到致密岩层的阻挡以及岩层表面力学性质差异性使外动力作用不均匀等方面。随着数字地球和数学地质的发展,运用数学方法研究深埋地下的沉积体系成为必然趋势。马尔科夫链法的发展为定量探讨沉积韵律及沉积旋回特征提供数学依据。马尔科夫理论方法原理:将岩层剖面所测的全部岩性状态数用简单加法计算出各类总数,通过转移矩阵法,确立门坎值,建立马尔科夫链式图。本文运用马尔科夫链数学模型分析剑门关地区沉积体系垂向岩性、粒度、结构、构造等的变化规律,结合构造活动特征,建立构造活动和沉积体系的耦合关系,进一步揭示剑门关地区沉积体系形成演化过程与龙门山构造带的关系。沉积相模型是沉积相岩性、产状、结构、构造等各种特征性的组合形式,运用数学方法把复杂的沉积体系反应在简单的沉积模型中。通过马尔科夫链法研究岩层沉积序列,建立沉积相模式,分析剑门关地区沉积体系的变化规律,反映龙门山构造带的活动过程。