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本文系统分析全球 33 个位点超 50 起大洋中脊跳位(RJ)事件,按地质环境将其分为纯离散型、剪切带型和俯冲影响型三类,揭示轴外地幔上涌与板块运动变化为主要驱动机制,二者协同作用塑造 RJ 复杂动力学,为理解大洋中脊演化提供新视角。
大洋中脊跳位的定义与研究背景
大洋中脊跳位(Ridge Jumps, RJs)是大洋中脊(Mid-Ocean Ridge, MOR)系统的关键重组事件,指中脊段向邻近位置迁移并使原段停止活动。此过程涉及火山与构造作用相互作用,促使轴外区域弱化并最终开裂,随后新扩张段沿轴生长。需注意与中脊扩展(Ridge Propagation)和旋转(Ridge Rotation)区分:扩展是一段中脊以邻段为代价推进并形成新剪切带;旋转则通过不对称增生使扩张中心逐渐转向新的板块离散方向,大规模重组常包含跳位、扩展与旋转等多种过程。
RJs 全球分布广泛,太平洋、印度洋、大西洋及边缘海均有发生。早期对东太平洋海隆(EPR)的研究通过水深、磁异常和地震数据揭示其复杂扩张模式,暗示扩张中心重新定位或旋转。近年地球化学分析(如176Hf/177Hf 比值)及微板块识别成为研究新手段,但 RJs 的全球时空分布与特征仍不明确。
驱动机制的争议与研究进展
关于 RJs 驱动机制,现有研究多强调热点 - 洋脊相互作用,认为地幔上涌及板块与热点相对运动可引发跳位。数值模拟显示,轴外岩浆加热、地幔柱 - 板块相对运动速率及热点上方岩石圈年龄对 RJ 形成起关键控制作用。然而,早期研究已提出板块运动变化可能是诱发大规模 RJs 的关键因素,并可能与热点过程协同作用。此外, Scotia 海、东太平洋等无明显热点影响的俯冲带附近也发生过 RJs,表明其驱动因素可能与先存地壳结构、板块重组及俯冲相关动力学等更多因素有关。
研究方法与数据概况
本研究分析全球 33 个 RJ 位点(太平洋 16 个、印度洋 6 个、大西洋 6 个、边缘海 5 个),涵盖超 50 起独立事件,收集整合已发表的废弃与新生中脊位置、方位及时空特征数据,旨在基于明确观测证据与地球动力学背景,系统建立全球 RJs 分类,解析其触发的力学因素与详细构造过程。
RJs 的识别特征与分类
识别证据
RJs 识别需结合地球物理、构造、沉积及岩浆等多线证据。尽管 MacLeod 等(2017)提出以水深低、自由空气负异常识别大型化石中脊轴,但不同构造与地质环境中 RJs 的标志存在差异,需具体分析。
分类与构造过程
根据构造环境,RJs 分为三类:
- 纯离散型(伸展主导):发生于扩张方向与中脊轴近正交的环境,以伸展力为主导。
- 剪切带型:位于剪切带内,受剪切应力与伸展力共同作用。
- 俯冲影响型:邻近俯冲带,受俯冲相关动力学(如板片回撤、地幔楔对流)影响。
空间分布与驱动机制解析
空间分布显示,52% 的 RJs 发生于俯冲影响带,42% 在纯离散环境,6% 在剪切带。太平洋因广泛分布俯冲带,其 RJs 通常距离更大、段长更长,但中脊旋转最小;纯离散环境中的 RJs,尤其是大西洋,旋转更显著且段长较短。
研究揭示 RJs 主要由两大机制驱动:
- 轴外地幔上涌:引发岩石圈垂向运动与弱化,为跳位提供物质与能量基础。
- 板块运动变化:重新调整水平应力,为伸展力提供必要条件,决定新扩张中心最终位置。
二者并非孤立作用,而是协同驱动 RJs 的复杂动力学过程。
特殊案例与深部动力学启示
部分中脊甚至会 “跳回” 大陆岩石圈,如东北大西洋、恩德比盆地等,显示在特定地球动力学条件下,中脊迁移可突破海洋岩石圈范围。这一现象进一步凸显地幔动力学与板块构造的相互作用 —— 软流圈过程(如地幔流)可通过驱动动态地形影响板块运动与地表表现,为理解岩石圈演化提供新维度。
结论与展望
本研究通过系统分析全球 RJs 位点,建立了 RJs 识别与分类框架,阐明其多样特征及驱动机制,强调轴外地幔上涌与板块运动变化的协同作用。整合磁、重力、地震及形态数据的研究方法,为深入理解大洋中脊动力学及地幔 - 板块复杂相互作用提供了关键数据支撑。未来研究可进一步拓展 RJs 时空分布数据库,结合高精度地球物理观测,深化对其深部动力学过程的认识。