研究背景

超慢速扩张洋中脊非岩浆段岩浆供给极弱，热液循环可能成为控制岩石圈冷却与增厚的重要因素。西南印度洋中脊（SWIR）13–14°E段有效全扩张速率仅约7.8 mm/yr，被认为可能发育全球洋中脊中最冷、最厚的轴部岩石圈之一。然而，前人对该区岩石圈厚度的估计存在较大差异，热液冷却是否能够形成超过25 km的异常厚岩石圈，仍缺乏定量约束。

研究成果

针对这一科学问题，海底科学与划界全国重点实验室海底深部过程与地球物理团队谭平川研究员（第一作者）、李家彪院士（通讯作者）与上海交通大学陈杰副教授等研究者合作，建立了热液循环模拟与重力异常分析相结合的热—重力联合模型。研究团队以西南印度洋中脊13–14°E段为研究对象（图1），系统改变热液穿透深度、渗透率及其随深度衰减参数，模拟不同热液冷却条件下的轴部热结构；进一步将模型沿扩张流线延伸至离轴区域，并通过计算重力异常与观测结果的对比，约束该区最合理的岩石圈厚度。

研究结果表明，西南印度洋中脊13–14°E段的最佳洋中脊岩石圈厚度为14–16 km，对应热液循环深度约为6–9 km（图2）。该模型不仅可将重力拟合误差降至约10 mGal，而且满足近似均衡补偿条件，并与独立的海底地震震源深度和蛇纹石化地幔厚度观测相一致。相比之下，若假设岩石圈厚度超过25 km，则需要热液循环深入15 km以上，且要求较高的深部渗透率；这类模型会产生明显偏低的重力异常，与实际观测不符。

进一步分析显示，在不考虑热液循环、仅由当前超慢速扩张速率控制的条件下，该区的岩石圈厚度约为10.8 km。热液冷却虽然能够使岩石圈增厚，但其贡献仅约3–5 km，远不足以解释前人提出的30–35 km异常厚岩石圈。因此，该研究直接挑战了“深部热液循环导致超慢速扩张洋中脊非岩浆段形成异常厚岩石圈”的认识，表明扩张速率仍是控制此类洋中脊岩石圈热结构与厚度的一阶因素。

该研究首次通过热液循环模型与重力异常约束相结合的方法，对超慢速扩张洋中脊非岩浆段热液循环效应进行了定量评估，为理解超慢速洋中脊岩石圈增生和热演化过程提供了新的定量约束。

图1. 西南印度洋中脊13–14°E研究区地形与重力异常
展示研究区地形、自由空气重力异常及沿扩张流线提取的平均剖面。

图2. 热—重力模型对岩石圈厚度的约束
模型结果显示14–16 km为最佳轴部岩石圈厚度，深部热液冷却模型与观测重力异常不符。

文章信息

该论文成果最近在线发表在国际权威期刊 Earth and Planetary Science Letters 上。本研究得到了国家自然科学基金、自然资源部第二海洋研究所所基金和浙江省自然科学基金等项目资助。

Tan, P*.（谭平川）, Li, J*.（李家彪）, Chen, J*.（陈杰）, Yu, Z.（于志腾）, & Wang, C.（王春阳）. Does hydrothermal cooling cause an extremely thick lithosphere at a nearly-amagmatic ultraslow-spreading ridge?. Earth and Planetary Science Letters, 2026, 688: 120111. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2026.120111