近日，中国科学院南海海洋研究所研究员张帆团队与合作者，以板块构造学与地幔动力学交叉视角，系统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。相关成果发表于《地球和行星科学快报》（Earth and Planetary Science Letters）。

论文第一作者张帆介绍，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可能更为复杂，甚至在特定条件下可促进地幔柱信号跨断层流动，但决定这一差异的关键因素尚不清楚。

代表性地幔柱-洋中脊-300km转换断层数值模拟结果。研究团队供图，下同

针对上述科学问题，在国家自然科学基金、广东省自然科学基金等项目资助下，张帆团队与德国基尔亥姆霍兹海洋研究中心博士刘斯彪合作，联合南方科技大学、中国科学院大学等，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。

该研究发现，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：一是，阻挡模式，即地幔柱位于洋脊外侧或附近存在长偏移（>200 km）转换断层时，下游脊段内地幔柱信号显著减弱；二是，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，促进地幔柱物质向两侧脊段双向扩散；三是，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：长度超过约200 km时，阻挡效应显著；洋中脊扩张速率及地幔柱-断层相对位置亦对扩散路径和强度产生重要影响。

转换断层在地幔柱物质扩散中三类作用模式。（a-b）阻挡模式；（d-e）桥梁模式；（c和f）增强模式。

该工作首次建立“全球统计分析+三维高分辨率模拟”的联合框架，系统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，同时对解释洋中脊成矿分布、指导深海资源勘探及古板块重建具有重要参考价值。

相关论文信息：https://doi.org/10.1016/j.epsl.2025.119766