2024年7月26日，国际著名地学杂志《Earth and Planetary Science Letters》以Role of syn-magmatic strain localization in oceanic detachment faulting at ultraslow-spreading ridges为题，在线发表了海洋地质国家重点实验室马强博士的研究成果。
洋中脊作为海底扩张中心，是海洋板块的发源地。传统的板块构造理论认为，洋中脊主要通过岩浆活动实现对称扩张，如快速扩张洋中脊（图1a），常伴有短暂活跃的高角度正断层。而近三四十年的研究表明，超慢速洋中脊整体上岩浆供给量较低，以发育低角度拆离断层为主要特征的构造拉张对板块分离过程的贡献更为显著。拆离断层能够将下洋壳辉长岩和上地幔橄榄岩从岩石圈深部拖拽到海底表面，形成大洋核杂岩（Oceanic Core Complex；图1b）。
图1:洋中脊扩张模式图。（a）快速洋中脊扩张模式图，引自（France等，2009）；（b）超慢速洋中脊扩张模式图，引自（Whitney等，2013）。
之前依据数值模拟的研究认为，大洋核杂岩的形成与岩浆活动有关，即侵位于断层上盘的熔体通量（M指数），不能太高或太低（M指数=0.3–0.5；图2）。拆离断层在深部为高倾角，在弯曲卸荷过程中断层下盘会发生翻转，在浅部呈现低角度（即“滚动铰链”模型）。然而，岩浆活动在超慢速洋中脊处不对称扩张过程中的作用仍不明确，相关问题是地球科学的前沿问题和研究热点，也是理解板块动力学的关键。
图2:模拟M指数在0.7到0之间的断层性状（Tucholke等，2008）
该研究利用大洋发现计划IODP 360航次U1473A钻孔底部采集的西南印度洋洋中脊Atlantis Bank 大洋核杂岩剪切带及其围岩，开展深入研究，取得以下几点主要认识：
（1）同岩浆期应变局部化（syn-magmatic strain localization）能够降低断层下盘辉长岩的粘度，是导致拆离断层主导的洋中脊不对称扩张的最主要因素。在同岩浆期的应变弱化过程中，断层在深部很可能呈铲状。
（2）同岩浆期应变局部化是由外来的富铁钛熔体渗入到高温的（850–960ºC）半脆性岩石圈中的薄弱带而诱发。该熔体粘度适中，在拆离断层发育过程中能够起到润滑剂的作用。
（3）不同于之前对断层上盘熔体通量的认识，本研究表明大洋拆离断层的形成很可能与侵位于断层下盘的熔体通量有关，同时受控于熔体侵位速率和轴部岩石圈厚度（图3）。
图3:同岩浆期应变局部化分数（x），侵位于断层下盘熔体通量（MB-bg-fw），轴部岩石圈厚度与熔体侵位速率之间的关系
该项成果为理解超慢速洋中脊不对称扩张中的岩浆作用提供了最直接的制约，明确了富铁钛熔体对拆离断层发育及其流变学行为的关键作用，丰富了我们对洋中脊板块分离动力过程的认识，深化了我们对板块构造理论的理解。
文章的第一作者和通讯作者为我室博士后马强，周怀阳教授同为通讯作者，合作者还包括美国美国伍兹霍尔海洋研究所Henry Dick教授。该项研究得到国家重点基础研究发展计划(2012CB417300)的资助。
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.epsl.2024.118892