莫霍面是全球范围内的波速不连续面，被作为地壳与上地幔的边界。由于组成洋壳的辉长岩与地幔橄榄岩具有显著的波速差异，在地震反射剖面上常表现为强振幅脉冲型反射。然而，地震观测发现在扩张速率大于55毫米/年的快速和中速扩张洋中脊，莫霍面的反射特征可分为脉冲型、叠瓦型、弥散型和弱（无）反射（Carton et al.，2020），其成因存在广泛争议。

此外，岩石学研究发现，大洋岩石圈具有突变型（辉长岩直接在橄榄岩之上）和辉长岩与橄榄岩互层的过渡型两种壳幔边界。海水能通过裂隙和断层渗透至洋中脊下方的上地幔顶部，导致橄榄岩蛇纹石化。切穿洋壳的水热循环系统会使壳幔温度快速降低，从而影响洋壳增生过程（Faak et al., 2015; Maclennan et al., 2005）。快速和中速扩张洋中脊下方岩石圈地幔蛇纹石化的程度和分布还不清楚，这限制了我们对大洋岩石圈形成和演化的认识。

针对上述科学问题，本研究基于东太平洋洋隆的热结构（Maclennan et al., 2005），构建了具有不同蛇纹石化作用的壳幔边界岩石学模型（图1）。通过统计岩石波速测量结果，获得了玄武岩、辉绿岩、辉长岩和橄榄岩的波速随压力和温度的变化，更新了200 MPa下橄榄岩蛇纹石化程度与密度和波速的相关性（图2），从而建立了快速和中速扩张洋中脊的波速和密度模型。

合成地震记录表明，由于橄榄岩的波速和密度随蛇纹石化程度的增加而降低，快速和中速扩张洋中脊的莫霍面反射特征由壳幔边界结构和蛇纹石化作用共同控制（图3）。根据合成地震记录，在东太平洋洋隆9°44’N西侧距离洋中脊6-9 km处的弥散型Moho反射可能指示了上地幔顶部的局部蛇纹石化程度可达30%（图4）。因此，从高精度地震资料中提取壳幔相互作用信息，可以为研究大洋岩石圈的岩浆活动、构造作用和水热循环过程提供关键约束。

上述研究成果近期在自然指数（Nature Index）期刊《Journal of Geophysical Research: Solid Earth》上发表。永利官网博士生赵家斌为论文第一作者，王勤教授为通讯作者，其他作者包括永利官网阮友谊副教授、广州海洋地质调查局江文彬高级工程师和德国柏林自由大学Alexander Webb教授。该研究得到国家重点研发计划项目（2023YFF0803304）、国家自然科学基金委杰出青年科学基金项目（41825006）和国家自然科学基金（42506067）共同资助。

文章信息：Zhao, J., Wang, Q., Ruan, Y., Jiang, W., & Webb, A. A. G. (2025). Structure, serpentinization and seismic reflectivity of the crust-mantle boundary at fast- and intermediate-spreading ridges. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 130, e2025JB032120. https://doi.org/10.1029/2025JB032120

图1. 典型快速洋中脊的(a)地震波速剖面（Vithana et al., 2019）和(b)岩石学模型（Dilek & Furnes, 2014），(c-e)层状过渡型壳幔边界模型，(f)强烈水热循环作用下，上地幔顶部会依次出现低温蛇纹石化（纤蛇纹石和利蛇纹石稳定域，<400 ºC）和高温蛇纹石化（叶蛇纹石稳定域，400–600 ºC）；(g)中等水热循环作用下，上地幔顶部只出现高温蛇纹石化。

图2. 200 MPa压力和室温条件下蛇纹石化橄榄岩的地震波速与密度相关关系

图3. 蛇纹石化对突变型壳幔边界Moho反射的影响，左侧为上地幔蛇纹石化类型示意图，中间以灰度阴影表示蛇纹石化程度，右侧为零偏移距合成地震记录。绿色点虚线标示合成地震记录所对应的蛇纹石化程度。

图4. 东太平洋洋隆9°N的Moho反射特征与解释。(a)东太平洋洋隆9°40′N至10°N的海底地形图（Ryan等，2009），(b)东太平洋洋隆的地震剖面，(c)东太平洋海隆西侧Moho反射，(d)沿反射相Px1P和Px2P采用20毫秒时窗计算的均方根振幅，(e)推断的高温蛇纹石化程度。

参考文献：

Carton, H., Carbotte, S., Mutter, J., Canales, J., & Nedimovic, M. (2020). Processed 3‐D multi‐channel seismic data volume for the East Pacific Rise 9°42’–9°57’N from the MGL0812 survey (classical time processing by H. Carton) [Dataset]. Marine Geoscience Data System. https://doi. org/10.1594/IEDA/326492

Dilek, Y., & Furnes, H. (2014). Ophiolites and their origins. Elements, 10(2), 93–100. https://doi.org/10.2113/gselements.10.2.93

Faak, K., Coogan, L. A., & Chakraborty, S. (2015). Near conductive cooling rates in the upper‐plutonic section of crust formed at the East Pacific Rise. Earth and Planetary Science Letters, 423, 36–47. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2015.04.025

Maclennan, J., Hulme, T., & Singh, S. C. (2004). Thermal models of oceanic crustal accretion: Linking geophysical, geological and petrological observations. Geochemistry, Geophysics, Geosystems, 5(2), Q02F25. https://doi.org/10.1029/2003GC000605

Ryan, W. B. F., Carbotte, S. M., Coplan, J. O., O’Hara, S., Melkonian, A., Arko, R., et al. (2009). Global Multi‐Resolution Topography synthesis. Geochemistry, Geophysics, Geosystems, 10(3), Q03014. https://doi.org/10.1029/2008GC002332

Vithana, M. V. P., Xu, M., Zhao, X., Zhang, M., & Luo, Y. (2019). Geological and geophysical signatures of the East Pacific Rise 8°–10°N. Solid Earth Sciences, 4(2), 66–83. https://doi.org/10.1016/j.sesci.2019.04.001