研究揭示大洋转换断层调控地幔柱沿洋中脊轴扩散机制

传统观点认为，转换断层会“阻挡”地幔柱物质沿脊轴传播，而最新数值模拟显示其作用或更为复杂，甚至在特定条件下可促进地幔柱信号跨断层流动，但学界对决定这一差异的关键因素尚不明晰。

近日，中国科学院南海海洋研究所联合中国科学院大学等单位，以板块构造学与地幔动力学交叉视角，揭示了大洋转换断层在地幔柱与分段洋中脊相互作用中的调控机制。

研究团队对全球24个地幔柱—洋中脊—转换断层系统的构造特征进行量化分类，提取了地幔柱至洋中脊及转换断层的距离、断层长度等几何参数。随后，团队利用三维地球动力学模拟程序，在不可压缩质量—动量—能量守恒框架下，引入地幔柱成分场，追踪其物质与热扩散，开展高分辨率三维数值模拟。

研究发现，转换断层对地幔柱沿脊轴扩散，可呈现三种可预测的作用模式，分别是：阻挡模式，即地幔柱位于洋脊外侧或附近存在长偏移（>200km）转换断层时，下游脊段内地幔柱信号明显减弱；桥梁模式，即地幔柱位于转换断层与洋脊交汇处时，断层成为物质通道，可促进地幔柱物质向两侧脊段双向扩散；增强模式，即地幔柱位于洋脊内侧或断层中心下方时，断层的走滑运动强化沿脊地幔流，使地幔柱信号放大传播。

研究进一步确认，转换断层长度是控制其行为的核心参数，当长度超过约200km时，阻挡效应明显。洋中脊扩张速率及地幔柱—断层相对位置，对扩散路径和强度同样产生重要影响。

该研究建立的“全球统计分析+三维高分辨率模拟”联合框架，揭示了几何配置等关键地球物理参数对调控洋脊—转换断层—地幔柱相互作用的控制机制，为理解天然系统中地幔柱—洋中脊—转换断层的复杂互馈提供了新的理论工具。同时，该成果对解释洋中脊成矿分布、指导深海资源勘探，以及古板块重建具有重要参考价值。

相关研究成果发表在《地球和行星科学快报》（Earth and Planetary Science Letters）上。研究工作得到国家自然科学基金委员会等的支持。

论文链接

全球24个地幔柱—洋中脊—转换断层系统

转换断层在地幔柱物质扩散中三类作用模式