中国科大揭示洋中脊“斜转正”之谜

近日，学院苏浩特任副研究员和冷伟教授与中山大学、德国地学中心及瑞士苏黎世联邦理工学院开展合作，通过三维地球动力学数值模拟研究发现，倾斜的洋中脊能够自发演化成正交的洋中脊—转换断层系统。研究成果以“Self-organization of mid-ocean ridge segments during oblique oceanisation”为题，发表于国际地球科学知名期刊《Communications Earth & Environment》。

全球约70%的被动大陆边缘倾斜角度超过20°（图1a），前人的模拟工作表明倾斜的大陆边缘后续会演化出倾斜的洋中脊。然而，现今洋中脊却普遍呈现由转换断层连接的垂直形态，倾斜洋中脊十分罕见（图1a）。印度洋东南部、亚丁湾中西部及赤道大西洋等是典型的倾斜伸展区域形成了倾斜的大陆边缘，然而在后续的海底扩张过程中演化出了密集的正交的洋中脊—转换断层系统。倾斜伸展的海盆中为何演化出正交的洋中脊—转换断层系统，其动力学机制是什么长期以来未被充分揭示。

图1，被动大陆陆缘及洋中脊的倾斜角度（a）和经典的倾斜伸展区域构造简图（b, c, d）。

研究团队通过三维岩浆-热-力学耦合的数值模拟，系统研究了倾斜伸展背景下从大陆裂谷到海底扩张的完整演化过程。模拟结果显示，继承自倾斜大陆边缘的倾斜洋中脊在慢速/超慢速海底扩张条件下表现出动力学不稳定性，会通过极性交替的非对称板块生长（拆离断层作用），逐渐发生弯曲并自发形成转换断层，最终重组为正交的洋中脊段和转换断层系统（图2）。模拟结果较好的再现了亚丁湾、东南印度洋及赤道大西洋等区域洋中脊段的自组织现象。

研究团队发现，这一洋中脊“斜转正”的自组织过程主要受控于岩石的应变弱化特性。在转换断层带内，新生岩石较少，“老”岩石有充分时间累积高应变量，应变弱化程度较高，因而强度较弱。而持续增生的洋中脊段主要由“新”岩石构成，缺乏足够时间累积高应变量，应变弱化程度较低，因而强度较高。倾斜的洋中脊演化成正交的洋中脊—转换断层系统，可最大程度缩短“强”洋中脊的总长度，从而最小化板块分离所需的边界力。该研究系统揭示了洋中脊“斜转正”的过程和动力学机制，阐明了应变弱化、非对称板块生长及能量最小化原理在洋中脊演化中的关键作用。

图1，倾斜的洋中脊自组织成正交的洋中脊—转换断层系统。

  论文链接：https://doi.org/10.1038/s43247-026-03201-y