大陆裂谷是大陆岩石圈局部伸展形成的狭长构造带，以中心凹陷、两翼隆升、地壳减薄为特征，常伴有地震、火山和岩浆作用等现象，同时蕴藏着丰富的油气及热液-沉积型矿产资源。我国华北地区在新生代经历了强烈、广泛的陆内伸展作用，形成了环绕稳定鄂尔多斯地块的一系列大型陆内裂谷盆地。目前人们普遍认为这些裂谷的形成与太平洋板块俯冲和（或）印度-欧亚板块碰撞的远场效应密切相关，但对何者在其中起到了主导作用及其具体的作用方式仍存在较大争议。此外，由于缺乏新生代火山岩露头，目前尚不清楚在裂谷深部是否正在发生地幔上涌和岩石圈部分熔融。

针对上述问题，中国科学院地质与地球物理研究所岩石圈演化重点实验室壳幔结构探测团队对鄂尔多斯西北缘的银川-吉兰泰裂谷开展了大地电磁测深成像研究（图1）。大地电磁测深（MT）是一种利用天然平面电磁波探测壳幔电性结构的被动源地球物理方法。由于岩石电导率对温度、熔流体含量变化敏感，该方法被广泛应用于约束岩石圈热结构和熔/流体活动。

图1 研究区域构造背景及MT剖面位置

他们的成像结果显示，裂谷下方的电性结构与地表地质特征有较好的对应性（图2）。在上地壳（<15 km），发育年轻沉积盖层的地区表现为低阻，而出露变质岩及侵入岩的地区表现为高阻。在中下地壳深度（15～40 km），低阻异常集中分布于发育正断裂的裂谷盆地内，可能与幔源熔/流体有关。分隔裂陷盆地的地垒式山脉（贺兰山、巴彦乌拉山）表现为近垂直、地壳尺度的高阻异常，其宽度与山脉宽度大致相当，暗示在这些山脉下方保留了完整的、厚的“山根”。位于上地幔顶部（>40 km）的大范围低阻异常（宽约400 km）可能与流体交代地幔的部分熔融有关，反映了岩石圈地幔被改造/破坏的范围。值得注意的是，该熔融区域不仅局限于裂谷下方，而是横向延伸至两侧鄂尔多斯和阿拉善地块内部。由于晚新生代以来该裂谷的伸展速率较小（< 2 mm/a），由伸展引起的地幔被动上涌不足以产生如此大范围的熔融，故需要某种小尺度、主动地幔对流（如青藏高原侧向挤出地幔流）的参与。

图2 (a) 地质简图及宽频带MT台站位置；(b) MT剖面下方电阻率结构

通过进一步对比鄂尔多斯地块东、西两侧（山西裂谷南段与银川-吉兰泰裂谷）岩石圈电性结构（图3c、图3d），发现二者存在显著差异。相较于银川-吉兰泰裂谷下方发育的大范围、分布式的岩石圈地幔熔融，山西裂谷南段的熔融区域主要局限在裂谷盆地下方的狭窄空间内。这种深部结构差异与二者的地表特征（裂谷宽度、剪切/伸展变形强度及分布范围）相吻合（图3a、图3b）。结合地质信息，他们推测上述裂谷样式上的差异主要与岩石圈初始强度及印度-欧亚板块碰撞远程效应强度（由西向东逐渐减弱）的横向变化有关（图4）。

图3 (a) 相对于稳定鄂尔多斯地块的GPS速度场（红色箭头）；(b) 垂直（蓝色方块）和平行（红色方块）于裂谷内正断裂走向的GPS速度剖面；（c）银川-吉兰泰裂谷深部电性结构（剖面位置见图a中绿色虚线AB）；(d) 山西裂谷南段深部电性结构（剖面位置见图a中绿色虚线CD）。GPS数据提取自Wang & Shen （2020），山西裂谷MT剖面提取自Yin et al.（2017）

图4 电性结构解释及新生代裂谷动力学背景示意图。地表红色和黄色箭头分别表示剪切和伸展强度及方向；蓝色箭头和椭圆表示沿伸展正断层上升并在中下地壳汇聚的幔源流体；红色椭圆表示下地壳部分熔融及幔源底侵基性岩浆；红色圆点表示上地幔部分熔融

研究成果近期发表于国际学术期刊JGR-Solid Earth（李鑫^*，陈赟^*，田小波，刘绍卓. Magnetotelluric evidence for distributed lithospheric modification beneath the Yinchuan Jilantai rift system and its implications for Late Cenozoic rifting in western North China[J]. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 2022: e2021JB022585. DOI: 10.1029/2021JB022585）。该项研究受中科院先导专项（XDB18000000）、国家重点研发计划（2016YFC0600402）、国家自然科学基金（42004063）等项目联合资助。