Is the Mesoarchean Mulgandinnah shear zone, Pilbara Craton, the world’s oldest arc-slicing transform fault?

近日，Timothy Kusky教授、地质过程与矿产资源国家重点实验室王璐教授指导我校苏丹籍博士留学生Abdelmottaleb Aldoud在国际著名地质学期刊《Geology》发表文章，题目为“皮尔巴拉克拉通中太古代穆尔甘丁纳（Mulgandinnah）剪切带是世界上最古老的弧形转换断层吗？”。这是我校留学生首次以第一作者在Nature Index期刊上发表国际SCI文章。

板块构造体制在地球的运作与地球宜居性的形成密切相关。地球早期的构造体制以水平运动为代表的板块构造为主，还是以垂向构造为代表的非板块构造体制为主，是地学研究的热点问题。现代板块构造体制在晚太古代地球运作的地质学记录已越来越多被发现，该体制能否继续往古-中太古代推进，尚未有明确答案。

众所周知，切穿岩石圈深度的弧形转换断层是汇聚边缘的重要构造地质学记录：它们发育在大洋板块的斜向俯冲体系，是大洋板块向海沟斜向俯冲过程中，平行于海沟走向的水平走滑分量在俯冲带上盘形成的弧形走滑断层（如图1）。该断层可切穿陆缘弧岩浆地质单元并使其整体发生横向位移，在随后的汇聚拼合造山过程中，上覆板块发育水平方向的构造单元重复出现和逆冲挤压推覆作用导致垂向上构造岩片的堆叠。现今在苏门答腊、新西兰和菲律宾处海沟正在发生大洋板块斜向俯冲的典型实例清楚地显示了这一现代地质过程，而古生代阿尔泰、新太古代苏必利尔克拉通和伊尔岗克拉通也有古代的实例。因此，弧形转换断层成为板块间发生水平构造运动的典型构造地质学记录。

澳大利亚的皮尔巴拉（Pilbara）克拉通保存了古-中太古代岩浆活动和构造变形记录，是水平、垂向板块构造体制争议最多，也是解决这一争议的关键研究区，为探寻是否保留地球上最早板块构造地质历史记录提供重要研究场所。本研究表明，水平板块运动为特征的板块构造体制在太古代早期就已运作，证据为皮尔巴拉克拉通克拉通内保留的穆尔甘丁纳左行走滑剪切带杂岩体 (MSZC) (图 2)，这可能是世界上已发现的最古老的弧形转换断层残留记录。这一研究为中太古代Pilbara克拉通可能存在水平运动板块构造体制提供关键证据。

该文章记录了中太古代 MSZC 中记录的近30公里板块水平位移，并将其与显生宙斜向俯冲体系进行类比，表明 MSZC 是一个重要的板块构造边界断层。MSZC 切割并让一系列与弧相关的岩浆岩在该构造边界两侧重复出现 (图3)，表明它是一个弧形切割的走滑转换断层系统，类似于阿尔泰和现代板块构造体系中较年轻的地质记录实例。航磁数据集和地质图中标志性构造单元的运动学解析均展示了宏观尺度的脆性剪切作用，使至少29亿年前的岛弧相关地体发生位移，表明中太古代地球就已存在刚性板块岩石圈的水平运动地质记录。

该研究证明古-中太古代皮尔巴拉克拉通东部（最近被解释为岩浆弧中上地壳层的残留）被一条主要弧形切割断层切割和发生地质单元（3.0-2.93 Ga）的重复出现，该断层切割了中太古代弧系统先前 600 × 100 公里的区域，将不同部分的板块碎片横向移动到它们目前并置的 200 × 200 公里范围（图 4）。这一证据表明地球在~ 3.0 Ga 的中太古代，板块已发生大型横向水平运动，展示和保留了斜向俯冲、弧深成作用、弧切片和地质单元沿走滑断层两侧重复出现等地质记录，反映了现代板块构造样式的汇聚板块边界地壳生长模式在中太古代已大规模启动。

文章信息：Aldoud, A., Kusky T., and Wang L., 2024. Is the Mesoarchean Mulgandinnah shear zone, Pilbara Craton, the world’s oldest arc-slicing transform fault? Geology, https://doi .org /10 .1130 /G52360 .1

图1. 现代板块构造体制下，苏门答腊海沟处，印度-澳大利亚板块往NE方向斜向俯冲，平行海沟的右旋水平分量形成弧形走滑断裂带。

图2：皮尔巴拉克拉通位置图

图3：（A）MZSC的Lalla Rookh段地图（B）标志性地质单元水平位移的详细信息。

图4：皮尔巴拉克拉通的现今构造格局，是在古-中太古代板块斜向运动期间，通过对早前岩浆弧岩基和外侧的增生杂岩线性构造带进行弧型水平走滑切割而形成。粉红色虚线为深成岩体杂岩，基于年轻盖层下的地球物理解释结果。