地壳密度扰动揭示贫岩浆裂谷下"盲岩浆作用"的潜在机制及其构造意义

针对非火山型大陆裂谷岩石圈弱化机制这一关键科学问题，研究人员通过重力数据三维反演与二维正演模拟，结合东非Albertine-Rhino地堑(ARG)与Edward-George裂谷(EGR)的野外构造观测，首次发现贫岩浆裂谷下存在与富岩浆裂谷相似的低密度异常体(约-60 kg/m3)，提出"盲岩浆作用"通过降低下地壳密度(2.7→2.6 g/cm3)促进应变局部化的新机制，为理解大陆初始裂解过程提供重要启示。

　　

大陆裂谷作用是地球板块构造的重要表现形式，但长期以来，科学家们面临一个令人困惑的"构造力悖论"：在缺乏显著岩浆活动的情况下，寒冷厚重的大陆岩石圈如何被撕裂？这个谜题在东非裂谷系统(EARS)表现得尤为突出——其西支贫岩浆段与东支富岩浆段形成鲜明对比。更令人费解的是，贫岩浆的Albertine-Rhino地堑(ARG)竟表现出通常仅见于富岩浆早期裂谷的异常应变集中现象。这些现象挑战着传统裂谷形成理论，也引发了对深部动力学过程的新思考。

为解开这个谜团，由Emmanuel A. Njinju领衔的国际研究团队在《Tectonophysics》发表了一项突破性研究。团队创新性地将野外构造解析与地球物理探测相结合：通过精细测绘ARG南部Kibuku断裂的第四纪地层错动，运用jif3D软件进行重力数据三维反演（网格分辨率11×8.5×5 km），并结合ASPECT软件扣除深部地幔重力影响，构建了迄今最精细的裂谷带密度结构模型。研究还首次对EGR和ARG开展对比性二维正演模拟，采用L-BFGS优化算法（λ=10⁵）确保模型可靠性，数据误差控制在±4 mGal以内。

研究结果揭示了一系列重要发现：在构造特征方面，ARG南部的Kibuku断裂展现出晚更新世加速活动的独特现象，其断层崖高度达1700米，并出露早更新世Nyabusosi组地层，与EGR广泛分布的小型火山口(<10米高)形成鲜明对比。密度结构显示，两个裂谷段15-50 km深度均存在显著低密度异常(-60 kg/m³)，但ARG的异常体更集中于裂谷轴部，且在20 km深度与低P波速度区完全吻合。二维模型进一步证实，EGR和ARG下地壳密度分别降至2.7 g/cm³和2.6 g/cm³，对应地壳拉伸因子分别为1.7和1.3。特别值得注意的是，在缺乏地表火山活动的ARG下方，15 km深处存在与富岩浆段EGR相似的低密度异常体。

这些发现共同指向一个革命性结论：贫岩浆裂谷的岩石圈弱化可能由深部"盲岩浆作用"(blind magmatism)驱动。在ARG下方，有限的地壳拉伸(β=1.3)导致熔体被困于下地壳晶界间，虽不足以喷出地表，却通过热传导弱化岩石圈，使强度降低达一个数量级。这种机制完美解释了为何贫岩浆裂谷能出现类似富岩浆裂谷的应变集中现象——在Kibuku断裂，熔体诱发的浮力增加和流体超压共同促进了断裂的晚期加速活动。该研究不仅为"构造力悖论"提供了合理解答，更建立了裂谷类型连续过渡的新范式：从富岩浆主导的EGR到贫岩浆的ARG，本质是熔体运移效率的差异而非熔体有无的区别。

这项研究的科学意义深远。首先，它修正了传统观点认为贫岩浆裂谷缺乏深部熔体的认知，提出熔体滞留深度受控于地壳拉伸程度的创新理论。其次，研究揭示的"盲岩浆"弱化机制可推广至全球其他贫岩浆裂谷系统，如Rio Grande裂谷和Okavango裂谷带。更重要的是，该成果为理解大陆初始裂解过程提供了关键纽带——即使是微量深部熔体(<4 km累计厚度)，也足以通过热-机械耦合作用启动大陆裂解。这些认识对重建超大陆裂解历史、评估裂谷区地热资源潜力具有重要指导价值。