近日，中國科學院南海海洋研究所張帆研究員與德國GEOMAR亥姆霍茲海洋研究中心劉斯彪博士合作，聯合南方科技大學、中國科學院大學等單位，在大洋轉換斷層對地幔柱沿洋中脊軸擴散的控制作用研究中取得重要進展。團隊以板塊構造學與地幔動力學交叉視角，系統揭示了大洋轉換斷層在地幔柱與分段洋中脊相互作用中的調控機制，成果發表于Nature Index地學期刊《Earth and Planetary Science Letters》，張帆為第一作者，劉思彪為通訊作者。

傳統觀點認為轉換斷層會“阻擋”地幔柱物質沿脊軸傳播，而最新數值模擬顯示其作用可能更為復雜，甚至在特定條件下可促進地幔柱信號跨斷層流動，但決定這一差異的關鍵因素尚不清楚。

針對該科學問題，研究團隊對全球 24 個地幔柱–洋中脊–轉換斷層系統的構造特征進行量化分類，提取地幔柱至洋中脊及轉換斷層的距離、斷層長度等幾何參數；隨后三維地球動力學模擬程序，在不可壓縮質量–動量–能量守恒框架下引入地幔柱成分場，追蹤其物質與熱擴散，開展高分辨率三維數值模擬。

研究發現，轉換斷層對地幔柱沿脊軸擴散可呈現三種可預測的作用模式，分別是：（1）阻擋模式，即地幔柱位于洋脊外側或附近存在長偏移（>200 km）轉換斷層時，下游脊段內地幔柱信號顯著減弱；（2）橋梁模式，即地幔柱位于轉換斷層與洋脊交匯處時，斷層成為物質通道，促進地幔柱物質向兩側脊段雙向擴散；（3）增強模式，即地幔柱位于洋脊內側或斷層中心下方時，斷層的走滑運動強化沿脊地幔流，使地幔柱信號放大傳播。

研究進一步確認，轉換斷層長度是控制其行為的核心參數：長度超過約 200 km 時，阻擋效應顯著；洋中脊擴張速率及地幔柱–斷層相對位置亦對擴散路徑和強度產生重要影響。

該工作首次建立“全球統計分析 + 三維高分辨率模擬”的聯合框架，系統揭示了幾何配置等關鍵地球物理參數對調控洋脊-轉換斷層-地幔柱相互作用的控制機制，為理解天然系統中地幔柱–洋中脊–轉換斷層的復雜互饋提供了新的理論工具，同時對解釋洋中脊成礦分布、指導深海資源勘探及古板塊重建具有重要參考價值。

本研究工作獲得了廣東省自然科學基金、國家自然科學基金等項目的資助。

論文信息：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.

文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.epsl.2025.119766

圖1 全球24個地幔柱-洋中脊-轉換斷層系統

圖2 代表性地幔柱-洋中脊-300km轉換斷層數值模擬結果

圖3 轉換斷層在地幔柱物質擴散中三類作用模式

（a-b）阻擋模式；（d-e）橋梁模式；（c和f）增強模式