为了进一步研究控制阜新盆地演化的应力场特征，笔者分别对阜新盆地成盆期和反转期的应力场特征进行了光弹实验模拟。
（一）地质模型的选择
如前所述，阜新盆地的演化主要受成盆期构造及其应力场控制。因此，在进行盆地演化应力场的研究之前，必须搞清那些是成盆前构造、成盆期构造及成盆后构造。虽然成盆前的应力场不对盆地的形成起直接作用，但成盆前应力场形成的构造形迹，在成盆期应力场作用下又会引起重新活动，其活动规律是受成盆期应力场支配的。所以，成盆前的构造是一个重要的构造条件，它不仅可以在成盆期应力作用下重新活动、控制盆地的发展，而且对整个成盆期应力场中的应力分布有着重要影响。成盆后的应力场则对盆地起着改造和破坏作用。因此，选取的地质模型是将不同时期的地质体视为均质体，并表示出成盆前已存在的各种断裂。
（二）模型尺寸及加力方式
根据阜新盆地构造演化的应力分析，阜新盆地成盆期主要受北北东、北东走向的伸展断裂控制，受北北东—南南西向挤压应力作用，成盆后的构造主要为一组北北东向的挤压褶皱和压性断裂，受北西西—南东东向挤压应力作用。因此在实验中我们采用北北东—南南西向（N22°E）均匀挤压和北西西—南东东向均匀挤压两种受力方式作为模型边界的受力条件，分别模拟阜新盆地成盆期和成盆后反转期的应力场特征。模型尺寸为280mm×240mm×10mm，其中模拟构造线的断口展布范围为210mm×80mm，构造线是按阜新盆地基本构造格架缩小后描绘的。
（三）实验结果及讨论
1.成盆期应力场的光弹实验模拟
（1）等色线条纹类型及主应力方向。从该区光弹模拟实验结果的等色线条纹类型来看，在成盆期北北东—南南西向挤压的构造应力作用下，成盆前的北北东向、南北向、近南北向及北西西向断裂的端点上表现为I型条纹特征。反映北北东、南北和近南北向断裂在成盆期受垂直断裂走向的张应力作用，主要作引张活动。北西西向断裂在成盆期主要受垂直断裂走向的压应力作用，作压性活动。北东向断裂、北北西向断裂的端点上表现为II型条纹特征，反映北东向断裂在成盆期受左剪切作用，北北西向断裂受右旋剪切作用。北西向和北东东向断裂端点表现为复合型条纹特征，反映北西向断裂在成盆期受右旋压扭性力的作用，北东东向断裂受左旋压扭性力的作用。
从上述等色线条纹类型所反映出的各断裂在成盆期的受力方式（图6-13）来看，在成盆期北北东—南南西向挤压的外力作用下，区内主压应力方向基本上为北北东—南南西向，主张应力方向为北西西—南东东向。在这一应力场中，成盆前的北北东、南北和近南北向断裂作张性活动，北北西、北东向断裂作扭性活动，北西和北东东向断裂作压扭性活动。这种受力方式的结果，其一是原有的内倾的北北东、南北和近南北向断裂重新以张性活动，导致它们以正断层形式作张性下滑，形成断陷，使阜新盆地扩张；其二是形成一些新的断裂。
由于岩石在引张条件下的强度最低，所以最易形成的新断裂是北北东向的张性断层，而这些北北东向新断裂的产生又进一步加速了该区的断陷，从而促进了盆地的扩张。与此同时，北北东—南南西向的挤压应力还会形成北西西向的同沉积褶皱和北西西向逆冲的同沉积断裂。
图6-13 阜新盆地成盆期各断裂受力方式图
（2）等色线条纹级数及应力大小。实验所得的等色线条纹即为模型内主应力差的等值线图，其大小直接反映最大剪应力的大小。从实验得到的等色线条纹图（图6-14）可以看出，等色线条纹级数在大凌河断裂两侧存在着明显差异：大凌河断裂以南等色线条纹在2级以下，大凌河断裂以北在2级以上，在断裂的端点上一般可达到3～4级，个别地段达5～6级。说明达凌河断裂以北的剪应力高于大凌河以南的剪应力。这种剪应力大小的差异，一方面造成大凌河断裂以北的剪应力相对较大，并使得北区原有断裂的活动性相对比较强烈，南区的活动性相对较弱。另一方面，也使得大凌河断裂以北地区较其南边更容易形成新的断裂。两方面的结果都使得大凌河断裂以北地区的断陷活动较其以南地区强烈，从而导致大凌河断裂以北盆地发育较好，以南地区相对较差，这一点与盆地实际的发育情况完全吻合。
总之，不论从等色线条纹类型所反映的应力方向，还是从等色线条纹级数所反映的应力大小，都很好地解释了在北北东—南南西向挤压外力作用下阜新盆地的形成和扩张，较好地反映了阜新盆地形成的应力场特征。
2.反转期应力场的光弹实验模拟
早白垩世以后，由于北北东、北东向断裂的断陷作用逐渐减小到消失，中白垩世，盆地逐渐萎缩、封闭。白垩纪末，晚燕山期北西—南东向挤压作用再次作用于该区，使得阜新盆地发生构造反转。为了研究成盆后阜新盆地反转期的应力场特征，我们采用同样的模型，改变加载方向对其进行模拟。因为，成盆前和成盆后该区在断裂构造上没有本质上的差别，所不同的只可能是断裂的活动方式和数目。其原因，一方面是由于成盆期的断裂活动大多是继承性活动，另一方面是由于成盆期形成的断裂在方向上与原来已有断裂的方向一致。因此，用同样的模型基本上可以代表成盆后断裂的分布特征。
图6-14 阜新盆地成盆期光弹实验等色线图
在万能材料实验机上以北西西—南东东向加载，得到实验的等色线条纹。其特征如下：
（1）等色线条纹类型与主应力方向。从等色线条纹类型所反映的各断裂的受力方式来看，在北西西—南东东向挤压外力作用下，北北东、南北和近南北向断裂受垂直断裂走向的压应力，北西向断裂受垂直走向的张应力，北东、北东东向断裂受平行走向的右旋剪切力（图6-15）。这一受力方式反映区内主压应力方向基本上为北西西—南东东，主张应力方向基本上为北东东—南西西。在这一应力场中，原来在成盆期作张性伸展的北北东向断裂不再断陷，而受挤压应力，作压性逆冲运动。原来在成盆期遭受挤压的北西西向断裂作张性活动。原来在成盆期作扭性和压扭性活动的北东、北东东向断裂，北西、北西西向断裂，尽管还以扭性为主的方式活动，但其扭动方向均与原来相反。同时，由于北西西—南东东向的挤压应力作用，使盆地内的沉积物形成北北东向褶皱和其它压性构造。由此可以看出，北西西—南东东向的挤压作用将造成阜新盆地的反转，在这一应力作用方式下各断裂的受力方式与前面描述的阜新盆地白垩纪末反转期实际断裂的特征基本一致。
（2）等色线条纹级数及应力大小。从等色线条纹级数来看，大凌河断裂以南在2级以下，佛寺断裂以北一般为3级，大凌河断裂与佛寺断裂之间在3级以上，一些地段可达5～6级（图6-16）。反映了在北西西—南东东向挤压外力作用下，大凌河以南剪应力最小，佛寺断裂以北剪应力较大，两条断裂之间剪应力最大。其结果就会使盆地中段构造活动增强，北段次之，南段最弱。
图6-15 阜新盆地反转期各断裂受力方式图
图6-16 阜新盆地反转期光弹实验等色线图
总之，北西西—南东东向挤压应力作用，造成盆地反转，对阜新盆地起着破坏和改造作用，进而影响到盆地内煤层的埋藏和开采。