深海“群山”起源获新解：2.7亿年板块俯冲史揭示海山形成机制

本报讯 近日，中国科学院地质与地球物理研究所正式公布关于全球海山成因体系的研究进展。依托自主构建的高分辨率地球动力学模拟系统，科研团队成功回溯了长达2.7亿年的板块俯冲演化轨迹，并证实了全球大洋范围内广泛分布的逾四万座海底山峰，其诞生与长期演替过程深刻受制于核幔边界地幔柱的上涌活动。该成果为深入理解地球深部物质循环与浅表地质构造的耦合关系提供了关键实证依据。

大洋海底隐伏山脉的分布特征与科学谜题

在广袤的海洋板块之下，隐藏着一套规模庞大的深海地形网络。海洋地球物理探测与多波束测数据显示，此类海底隆起地貌在全球各大洋盆地内呈弥散状分布，总量已突破四万座。从几何形态与空间排列来看，这些构造单元既可聚集成具有明确走向的线性海山链，亦可作为孤立山体零星散布于深海平原与海盆边缘。长期以来，地质学界对于此类地形的时空分布规律及其驱动机制始终存在不同认识。传统热点固定说与板块运动轨迹叠加理论虽能解释部分线性序列，但在阐明非典型分散排列及孤立式海山的成因时仍面临逻辑瓶颈，缺乏统一的深部动力学解释框架。

自主算法模型实现深部动力学过程可视化

为突破现有认知局限，中国科学院地质与地球物理研究所刘丽军研究员课题组联合多所科研机构，针对地球内部动力学演化开展系统性数值模拟。研究团队依托自主研发的高分辨率全球数据同化计算平台，将地质历史时期的古地磁演化、地震层析成像及岩石圈应力场等多源观测数据深度融合，精确重构了自中生代以来的板块俯冲带迁移路径与深部物质交换过程。该数值模型不仅能够追踪地壳尺度的构造变形轨迹，更具备解析地幔对流模式与热异常区时空演化的能力，将原本不可见的深部热驱动过程转化为高精度可视化序列，为揭示海山地貌的成因机制提供了可靠的技术支撑。

核幔热柱上涌主导海山区系演化

数值模拟结果清晰表明，全球海山系统的生成逻辑与地幔深部热柱活动存在明确的因果关联。研究指出，位于地核与地幔交界带的高温物质异常区会持续向上传导热能量，引发软流圈大规模热对流。这种源自地球最深部的热物质上涌过程，在穿透岩石圈时形成局部热异常中心，促使地幔物质发生部分熔融并产生基性岩浆。岩浆沿地壳薄弱带持续上侵与喷发，经长期堆积与改造，最终塑造出今日所见的各类海山形态。无论是受板块定向运动拖曳形成的规则海山链，还是受局部地幔热流干扰产生的孤立山峰，其物质来源与构造抬升均直接源于核幔边界热柱的阶段性爆发与持续补给，软流圈热活动的时空差异直接决定了海山分布的离散程度与聚集模式。

成果深化地球系统圈层耦合机制认知

此项研究将浅表海洋地貌学与深部地球动力学有效衔接，突破了以往单一聚焦板块表层运动的分析框架。通过对2.7亿年地质时间尺度上俯冲系统与地幔柱相互作用的定量解析，研究证实了地球内部热驱动机制在塑造全球大洋地质格局中的主导地位。该成果不仅为完善板块构造理论与地幔对流模型提供了新的观测约束，也为未来开展深海矿产资源勘探、古海洋环境重建及地球系统科学交叉研究奠定了坚实的理论基础。相关研究进展已引起国际地球物理学界广泛关注，并为后续深部探测计划提供了重要的理论参考。

破解全球海山分布之谜：地幔深部热动力学提供统一物理框架

国际知名学术期刊《自然-地球科学》近日正式刊发一项关于全球海山成因机制的重大突破成果。由中国科学院地质与地球物理研究所刘丽军研究员团队主导完成的研究，通过构建高分辨率全球数据同化模型，成功揭示了核幔边界地幔柱上涌与浅部海山群孕育之间的深层物理联系。该成果有效弥合了传统热点假说与全球实际海山分布特征之间的理论鸿沟，为地球深部动力学与海洋地质演变提供了一套全新的统一解释框架。

传统热点理论的局限与科学假说的演进

长期以来，学界普遍依托“热点假说”来解释海底火山链的生成机制。该理论认为，源自核幔边界的高温地幔柱在向上运移过程中，会对移动的岩石圈板块底部产生热侵蚀作用，诱发局部熔融并形成链状海底火山，典型代表即为夏威夷-皇帝海山链。然而，地质勘探数据表明，符合该经典特征的海山链在全球范围内仅存五十余处，其数量与空间分布范围远远不足以覆盖实际观测到的海量海底地形。这一显著的数量级差异迫使地球物理学界重新审视热点模型的适用边界，并衍生出核心科学命题：海量孤立海山与广布海山省是否均由深部地幔柱活动主导？若存在同源机制，有限的原始热点又如何支撑起全球尺度的海底火山网络？ 为此，国际地学界相继提出岩石圈底部小规模对流、边缘驱动软流圈对流、剪切驱动地幔上涌、俯冲板块挠曲破裂等多种替代性模型。尽管这些概念模型在局部区域取得了一定解释力，但多数仍停留在现象表征层面，未能与核幔边界深部物质运移过程建立直接物理关联，亦缺乏对地球长期热演化的系统性约束。

四维动态模拟：重构软流圈热结构与地幔柱时空演化

针对上述理论瓶颈，研究团队摒弃了静态表征方法，转而采用最新迭代的高分辨率全球数据同化技术，对地球深部热动力过程进行四维动态反演。模型成功复现了当前观测到的主要地幔柱热点空间站位，并精准刻画了软流圈内部的热结构分布。在此基础上，该四维框架不仅实现了对夏威夷等标志性热点深部传导路径的时空演化预测，更从动力学源头厘清了海山链与孤立海山形成的共性机制。 模拟数据清晰显示，浅部海底地形的生成并非孤立事件，而是深深植根于核幔边界地幔柱上涌所引发的软流圈热对流活动。地幔柱在突破过渡带后，其携带的超高温物质会首先在软流圈内扩散，形成规模宏大的热异常区。这一深部热结构的演变规律，直接决定了浅部板块下方的熔融条件与火山活动频次。

太平洋实证：次级地幔柱分裂与“海山孕育区”的量化关联

以构造活动频繁的太平洋区域为样本，研究进一步验证了上述动力学链条的连续性。在地幔柱活动初期，巨量热物质向上传导并滞留于年轻的太平洋岩石圈底部，孕育出大范围的软流圈热异常。该热异常带的空间展布与西太平洋海山省中密集分布的零散海山呈现出严格的时空耦合关系。 随着板块持续漂移与热对流系统演进，主地幔柱根部或在深地幔过渡带内部发生流体动力学失稳，进而分裂衍生出多条次级地幔柱。这种“母柱裂解”机制有效增加了浅部岩浆房与热点的数量级，为多条平行海山链的交替生成提供了物质与动力基础。 更为关键的量化发现来自对残余热异常的长期追踪。研究指出，深部留存的热物质将随地幔对流网络缓慢迁移并逐渐耗散。模型测算的软流圈残余温度场与全球观测的约四万个海山高程数据之间存在高度显著的线性正相关。这一数学关系确凿证明，软流圈热异常带实质上构成了全球海山的“孕育基质”。只要具备适宜的岩石圈物理条件，该热区即可持续触发小规模岩浆喷发，从而解释为何全球海底广泛分布着数量庞大但规模各异的微型火山地形。 此项研究通过深部动力学模拟与海洋地质观测的交叉验证，彻底打通了从核幔边界到海底地形塑造的完整物理链条。该框架不仅为传统热点理论注入了四维动态演化视角，更为理解全球海底地形格局、古地磁漂移及地球内部热量输运机制提供了坚实的理论支撑。相关成果将进一步推动深地探测与海洋地质学的跨学科融合，为未来地球系统科学模型的精细化构建奠定关键基础。 超级计算揭示地幔深部动力学过程 破解板内海山时空分布之谜 中国科学院地质与地球物理研究所科研团队依托国家超级计算天津中心新一代天河超级计算机，成功构建高分辨率全球俯冲与地幔柱演化数值模型。该模型精准复现了深部地幔柱的演化轨迹及其引发的软流圈热异常时空格局，为广泛存在的板内海山成因机制提供了全新的动力学解释，标志着地球深部物质循环与构造运动研究领域取得重要进展。

高分辨率数值模拟突破深部探测瓶颈*

地球内部结构复杂，传统地质观测与地球物理反演手段难以直接刻画数千公里深处的物质运移状态。此次研究充分发挥天河超级计算机的并行算力优势，构建了覆盖全球尺度、具有极高分辨率的地球动力学演化模型。通过引入精细的板块俯冲带热结构演化与地幔柱上升机制，研究团队成功追踪了深部热物质的垂向运移路径，精确刻画了软流圈热异常的生成、扩散与衰减规律。数值模拟结果表明，地幔柱活动诱发的软流圈热异常区域，与实际地质记录中海山喷发的时空位置呈现出高度吻合的对应关系。这一成果不仅验证了深部热对流对地表构造活动的控制作用，也为深入理解地球内部能量传递与物质交换机制提供了可靠的计算依据。

统一深部动力源拓展传统地幔柱理论*

长期以来，板内海山的成因机制一直是地球科学领域亟待破解的核心难题。传统地幔柱模型多聚焦于单一热柱的上升喷发，难以全面解释全球范围内海山呈散乱状分布的地质现象。此次研究通过多过程耦合模拟发现，广泛分布的海山并非孤立热事件的随机产物，而是具备统一的深部动力来源。模拟数据明确指出，俯冲板块在抵达核幔边界后发生的物理化学相互作用，能够有效触发软流圈局部的热异常活动。这一机制将原本分散的海山形成过程纳入统一的动力学框架中，有效弥补了经典地幔柱理论的局限性，为板块内部构造活动与深部地幔化学分异之间的耦合关联提供了全新的理论支撑。

国际权威期刊发文肯定深部演化新认知*

该研究成果已获国际地球科学界广泛关注，相关学术评论同期刊登于国际顶级期刊《自然·地球科学》。美国夏威夷大学教授加勒特·阿普曾-伊藤在专题评述中指出，该研究凭借突破性的模型分辨率，成功刻画了以往难以捕捉的复杂地幔动力过程。评论强调，散乱分布的板内海山实为俯冲板片与地幔底部大型化学异常体相互作用的必然产物。这一国际同行的权威定性，进一步印证了数值模拟结果的可信度，标志着我国在计算地球科学与深部动力学模拟领域的研究水平已跻身国际前沿。未来，随着高性能计算与多圈层耦合模型的持续迭代，此类高分辨率数值实验有望在板块构造演化、地幔化学循环及深部矿产天然气资源勘探等方面发挥更为关键的基础支撑作用。