龙门山褶皱冲断带作为青藏高原向四川盆地扩展生长的前锋,晚新生代以来持续受到来自高原的挤压作用,形成了现今陡峭的地形。其构造变形过程是了解高原与相邻四川盆地之间变形传递转换的关键,一直以来都是关注的热点。本论文以临界楔体理论为指导,通过砂箱物理模拟实验,对龙门山褶皱冲断带向前陆扩展生长的过程进行了相似模拟研究。主要取得了如下成果:(1)物理模拟研究表明垂直造山带构造走向的先存地形控制褶皱冲断带内部的变形分配方式,而平行于造山带走向上的先存地形分段则是转换构造产生的原因之一。根据临界楔体理论将褶皱冲断带的地形梯度划分为次临界、临界和超临界三种,并作为初始边界条件引入模拟实验。模型实验中褶皱冲断带的运动学过程,包括侧向扩展和垂向抬升,都随初始地形边界条件的不同而改变。在先存地形小于临界和大于等于临界两种情况下,褶皱冲断带的运动学特征同样可以分为两类,分别对应生长扩展过程中不同的内部断层滑移分配方式。这种由地形引起的构造演化差异导致转换构造,如撕裂断层和侧断坡的形成。粒子速度场成像分析揭示模拟实验中的褶皱冲断带正是通过这些转换构造的形成与活动来实现侧向差异的调节。模拟实验中撕裂断层所呈现出的几何学和运动学特征与2008年汶川地震中参与同震破裂的小鱼洞断层类似,暗示走向上的地形分段是控制现代龙门山褶皱冲断带侧向上差异演化和内部断层活动的主控因素之一。(2)物理模拟实验还揭示在前陆产生新断层之后,褶皱冲断带的活动变形会自前陆回撤到后陆,并优先活化后陆处于区域地形包络面之下的老断层。这是因为产生前陆新断层之后,褶皱冲断带纵向上发生了扩展,使得构造楔体整体进入次临界状态,需要通过后陆位置的构造增厚来重新建立临界形态。而龙门山南段汶川地震和芦山地震可能就是发生在龙泉山背斜形成之后,整个龙门山南段处于重建临界形态的背景之下。(3)物理模拟实验证实滑脱层的性质和区域缩短速率控制山前双重构造的形成演化。缩短速率越大,或者底部韧性流变滑脱层强度越大,则位于中部滑脱层之下的深部构造通过乱序式断块叠置形成堆垛构造,而中部滑脱层之上的浅层构造以山前单斜构造和前陆紧密集中的箱状褶皱为主。由于深部双重构造内部吸收较多缩短,导致山前浅层构造变形带较窄。底部滑脱层为脆性的模型与强韧性流变滑脱层模型在构造形态上相似,但是深部断块产生的次序为前展式。在缩短速率较小,底部韧性流变滑脱层强度弱的实验中,深部断块更大,浅层褶皱变形的影响范围也更广。在缩短速率足够低(5mm/a),底部滑脱层足够弱的情况下,上下构造耦合,在地表产生由深部断坡控制的长间距孤立背斜构造。龙门山褶皱冲断带南段的洪雅背斜就是这样一个由深部洪雅隐伏断裂控制的孤立背斜。这说明在低缩短速率的区域背景之下,川西盆地内寒武系膏泥岩作为褶皱冲断带的底部滑脱层,控制了山前构造带的形态与演化。