摘要：洋中脊，英文叫Mid-Ocean Ridge（简称MOR），它可是地球上特别重要的地质构造带，在各大洋的深海区域都有分布。洋中脊不仅是地壳新诞生的地方，也是板块分裂的主要区域，对地球动力学来说起着关键的核心作用，也对地球内部物质的循环和热流传输有很大影响。

洋中脊，英文叫Mid-Ocean Ridge（简称MOR），它可是地球上特别重要的地质构造带，在各大洋的深海区域都有分布。洋中脊不仅是地壳新诞生的地方，也是板块分裂的主要区域，对地球动力学来说起着关键的核心作用，也对地球内部物质的循环和热流传输有很大影响。

洋中脊的岩石圈不同于我们传统意义上对岩石圈的理解，其密度、孔隙度、温度等物理属性存在明显的空间差异，其物理属性、几何形态以及这些属性在空间上的不均匀分布也使其表现出了显著的复杂性。研究这些复杂现象，对我们了解地球内部是如何演变的、地壳是怎么形成的、又是如何演化的，都起到了至关重要的作用。比如，洋中脊的几何形态、热流异常、磁条带异常、地震带及震源分布等特征都为海底扩张说和板块构造理论提供了重要依据。科学家Harry Hess（1962）在20世纪60年代提出的海底扩张说就解释了洋中脊的形成机制，并进一步推动了板块构造理论的发展。

近年来，随着地球物理学和地质学的进步，科学家们逐渐认识到，洋中脊区域的岩石圈并非均匀分布，而是充满了复杂的异质性和各向异性。这种异质性也不是随机出现的，而是受多重地质过程相互作用的影响。特别是地幔的复杂流动和岩浆活动，以及洋中脊区域的板块运动、热传导和物质循环，这些因素共同决定了岩石圈的演化，而这一过程的关键就在于正反馈机制。简单来说，就是岩石圈的演化过程是通过一系列反应，使其原来的变化更强烈，最终推动整个演化过程逐渐加剧或自我强化。洋中脊板块的裂解过程是岩石圈物理属性变化的关键驱动因素。这一反馈机制不仅限于孔隙度、密度和温度的变化，还涉及到地震波传播速度、重力异常等物理特征（图1）。在这些反馈过程的作用下，岩石圈的物理属性演化表现出强烈的空间异质性和各向异性，这种复杂的相互作用与反馈机制是洋中脊岩石圈演化的核心所在。

作者通过多重级联过程（MCP）来模拟岩石圈密度越靠近洋脊轴显著减少的过程（图1A）。这个过程类比于岩石圈在扩张洋中脊附近经历的变化，特别是孔隙度的重新分布和密度的变化。值得注意的是，传统的岩石圈冷却模型通常假设岩石圈的物理属性在空间上是均匀分布的，然而这一假设无法有效解释洋中脊区域岩石圈物理属性的复杂变化。为了更好地理解洋中脊岩石圈的演化过程，作者还提出了基于分形密度概念的板块冷却模型，并结合正反馈过程，对岩石圈在不同尺度上的物理属性变化进行了深入的模拟分析，获得了多个探索和创新点：首先，它首次将分形密度概念引入到洋中脊岩石圈演化的研究中，为模拟岩石圈物理属性的变化提供了全新的理论框架。其次，通过引入多重级联模

型能够模拟不同尺度之间的反馈过程，揭示了温度、压力、孔隙度等因素如何相互作用并共同影响岩石圈的演化。研究还表明，通过将岩石圈分形密度引入板块冷却模型，可以显著提高热流和海底深度的预测精度，尤其是在洋中脊这一特定区域。未来，随着更多地质数据的积累和计算技术的进步，特别是机器学习和人工智能的应用。有望使这一模型在更大范围内实践和应用，帮助深入理解岩石圈的演化过程。

图1：洋中脊区域岩石圈的物理属性分布。(A) 简单的确定性多重级联模型，起始于长度为L的线段，重量（岩石重量）为m = Lq0，其中q0代表岩石圈的初始密度。将线段分为两个相等的短线段，左边部分接收md比例的重量，右半段接收1/2 m。接着进一步将左边的较短线段再分成两部分，并重新分配父段的重量，使得左侧接收d比例的重量，右侧接收1/2比例的重量。继续这一操作无限次将生成线段L的重量分布。图中展示了7次迭代后，d = 0.4848的结果。(B)–(F) 示意剖面图展示了由重力衍生的密度、地震速度、分数孔隙度、热流趋势和海拔地形趋势；(G) 温度剖面（带编号的线条）与更多孔隙度（白色圆圈）接近洋中脊（MOR）。图 (E)、(F) 和 (G) 引用了Afonso等（2007）的研究结果。

来源：科创中国