Abstract The Red Sea represents an incipient ocean basin that is in transition from continental rifting to ocean initiation. In this paper we assess how pre-existing mantle and crustal heterogeneities within the African and Arabian lithospheres influenced rift development and propagation using three-dimensional (3D) brittle-ductile analogue laboratory experiments with a rotational boundary condition. Here we investigate the effect of three different configurations: (i) pre-existing rheological heterogeneities in the crust, (ii) in the lithospheric mantle, and (iii) in both. The experimental outcomes show that a linear weak zone in the lithospheric mantle layer exerts a first-order control on the overall mechanical behaviour of extending lithosphere, rift architecture and style of rifting. Crustal heterogeneities control second-order features, such as the trends of the main boundary escarpments along the rift axis. Our experiments reproduce the geological history of the Red Sea and provide key insights on its deformation history in space and time. We provide, for the first time, 3D dynamic constraints on how pre-existing weak zones in the lithosphere have controlled the temporal evolution of the Red Sea and determined its distinctive present-day morphology. The results find that certain morphological elements of the Red Sea can only be explained by the combined effects of crustal and mantle lithosphere heterogeneities. When applied to other natural examples, our findings provide significant new insights on the role of crustal and lithospheric heterogeneities during continental rifting.

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红海演化过程中继承地壳和岩石圈结构的作用：来自三维模拟实验的见解

摘要 红海代表了从大陆裂谷向海洋萌生过渡的初期海盆。在本文中，我们使用具有旋转边界条件的三维 (3D) 脆韧模拟实验室实验评估了非洲和阿拉伯岩石圈内预先存在的地幔和地壳异质性如何影响裂谷发育和传播。在这里，我们研究了三种不同配置的影响：（i）地壳中预先存在的流变异质性，（ii）在岩石圈地幔中，以及（iii）两者中。实验结果表明，岩石圈地幔层中的线性弱区对岩石圈扩展的整体力学行为、裂谷结构和裂谷类型具有一级控制作用。地壳异质性控制二阶特征，如沿裂谷轴线的主要边界悬崖的趋势。我们的实验再现了红海的地质历史，并提供了关于其空间和时间变形历史的关键见解。我们首次提供了关于岩石圈中预先存在的弱带如何控制红海的时间演变并确定其独特的现代形态的 3D 动态约束。结果发现，红海的某些形态要素只能用地壳和地幔岩石圈非均质性的综合作用来解释。当应用于其他自然例子时，我们的发现为大陆裂谷过程中地壳和岩石圈非均质性的作用提供了重要的新见解。我们的实验再现了红海的地质历史，并提供了关于其空间和时间变形历史的关键见解。我们首次提供了关于岩石圈中预先存在的弱带如何控制红海的时间演变并确定其独特的现代形态的 3D 动态约束。结果发现，红海的某些形态要素只能用地壳和地幔岩石圈非均质性的综合作用来解释。当应用于其他自然例子时，我们的发现为大陆裂谷过程中地壳和岩石圈非均质性的作用提供了重要的新见解。我们的实验再现了红海的地质历史，并提供了关于其空间和时间变形历史的关键见解。我们首次提供了关于岩石圈中预先存在的弱带如何控制红海的时间演变并确定其独特的现代形态的 3D 动态约束。结果发现，红海的某些形态要素只能用地壳和地幔岩石圈非均质性的综合作用来解释。当应用于其他自然例子时，我们的发现为大陆裂谷过程中地壳和岩石圈非均质性的作用提供了重要的新见解。岩石圈中预先存在的弱带如何控制红海的时间演变并确定其独特的现代形态的 3D 动态约束。结果发现，红海的某些形态要素只能用地壳和地幔岩石圈非均质性的综合作用来解释。当应用于其他自然例子时，我们的发现为大陆裂谷过程中地壳和岩石圈非均质性的作用提供了重要的新见解。关于岩石圈中预先存在的弱带如何控制红海的时间演变并确定其独特的现代形态的 3D 动态约束。结果发现，红海的某些形态要素只能用地壳和地幔岩石圈非均质性的综合作用来解释。当应用于其他自然例子时，我们的发现为大陆裂谷过程中地壳和岩石圈非均质性的作用提供了重要的新见解。