Nature:大洋转换断层处的拉张构造与两阶段地壳增生

Grevemeyer等收集并分析了全球41个大洋转换断层系统的高分辨率多波束海底地形数据，发现转换变形区（转换峡谷）的水深都显著大于域外的破裂带（多达1.6km；图2）。这种快速的水深变浅与传统观点，即洋壳随着年龄的增大其水深不断增加相矛盾。在进一步分析转换峡谷水深与洋脊扩张速率之间的关系之后，他们发现：在慢速（20-55mm/yr）或超慢速（<20mm/yr）扩张洋脊处形成的转换峡谷水深最大，而在快速（55-140mm/yr）扩张洋脊处形成的转换峡谷水深最小。换句话说，转换峡谷的深度与转换断层两侧的洋壳年龄的差异有关，年龄差异越大，转换峡谷越深，反之亦然。为了解释这一现象，Grevemeyer等利用开源的计算地球动力学程序ASPECT（Kronbichler et al., 2012）开展了三维数值模拟实验。数值模拟基于粘-塑性流变模型开展，通过在模型的上表面施加一个走滑型的速度边界条件来驱动模型的演化。模拟结果显示，转换断层处的板块边界随着深度不断倾斜，由此引发了水平伸展（图3）。伸展导致了转换变形区岩石圈的减薄和水深的加深，伸展和加深量随着转换断层两侧洋壳年龄的差异的增加而增大。由于扩张速率越慢，转换断层两侧洋壳年龄相差越大，因此，模拟结果合理地解释了转换变形区水深加深及其与洋脊扩展速率的关系。Grevemeyer等的模型并没有模拟岩浆与熔流体作用（Chen and Faccenda，2019），作者将从转换变形区到破裂带水深变浅的现象归因于相邻洋脊的岩浆充填与再造，主要依据是域外平行于临近洋脊的一系列J型脊、圆形火山穹隆以及其他山丘状的地形特征（图2中的椭圆区域）。类似的J型脊之前在中快速扩张洋脊附近已有报道（Lonsdale, 1986; Fornari et al., 1989），但是Grevemeyer等在所有类型的扩张洋脊都发现有这样的地形特征，作者认为转换变形区与破裂带之间的水深变浅现象与扩张速率无关。

Grevemeyer等人的发现和解释更新了我们对大洋转换断层的认知，但其中某些结论仍然有待进一步检验和审视。例如，（1）转换变形区发生的地震主要走滑性质的，并非是张性的（见Ito, 2021及其引文）；（2）重力测量显示在慢速扩张洋脊附近洋壳并未增厚（Gregg et al., 2007）；（3）相邻洋脊处产出的岩浆如何在外侧形成一系列平行于洋脊的J型脊仍然不清楚。此外，作者也未探讨大洋转换断层如何形成的问题（Gerya, 2010, 2016）。未来转换断层研究的突破将有赖于更详细的海底观测、更多洋脊附近岩石样品的获取和地球化学分析以及更切实际的动力学模拟研究。