近日，中国科学院南海海洋研究所张帆研究员与德国GEOMAR亥姆霍兹海洋研究中心刘斯彪博士合作，联合南方科技大学、中国科学院大学等单位，在大洋转换断层对地幔柱沿洋中脊轴扩散的控制作用研究中取得重要进展。团队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，成果发表于Nature Index地学期刊《Earth and Planetary Science Letters》，张帆为第一作者，刘思彪为通讯作者。

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。

针对该科学问题，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。

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：（1）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；（2）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；（3）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。

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。

本研究工作获得了广东省自然科学基金、国家自然科学基金等项目的资助。

论文信息：Fan Zhang, Sibiao Liu*, Lars H. Rüpke, Yiming Luo, Ming Chen, Xubo Zhang, Lei Zhao, Yinuo Zhang, Zhanying Chen, Jian Lin, 2026. Variable roles of oceanic transform faults in plume dispersion along segmented mid-ocean ridges, Earth and Planetary Science Letters, 675, 119766.

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.epsl.2025.119766

图1 全球24个地幔柱-洋中脊-转换断层系统

图2 代表性地幔柱-洋中脊-300km转换断层数值模拟结果

图3 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