太古代至元古代的过渡期是地球构造历史上一个关键时期,主要的地壳形成机制在此期间可能从垂直增生的地幔柱构造转换为水平增生的现代板块构造.从地震学角度推断,这一体制变化可能在稳定区域的地壳中留下印记.然而,由于时空采样的稀疏性,是否可以从地震观测中推断出地壳特征的长期演化尚无全球共识.文章利用在西澳大利亚克拉通Capricorn造山带中布设的密集地震台网,通过分析远震接收函数,刻画了该区域太古代至元古代跨度接近二十亿年克拉通地壳的波速比和界面特征,并与该区地球化学手段揭示的地壳年龄进行了相关性分析.结果表明,在中太古代-古元古代期间, Capricorn造山带的地壳厚度逐渐增加,波速比变化表明岩石成分从长英质演变为较中性的成分,莫霍面信号由剧烈起伏趋于平缓.在主要块体边界处可观察到显著的地壳增厚和偏基性的地壳成分,且伴随着弱的莫霍面起伏和倾斜的莫霍面,在空间上与22亿年前的Ophthalmia造山运动和20亿年前的Glenburgh造山运动一致.我们推测研究区域的地壳特征变化最初产生于两期次的碰撞造山事件中,并在碰撞后的热事件和变形过程中得到进一步改造.这些特征与许多前寒武纪俯冲带的地震学观测结果相似.因此,我们推断在约22亿至20亿年,主要的地壳形成机制已经转变为水平增生的现代板块运动.本研究揭示了新太古代至古元古代俯冲的几何特征,为深入认识太古代-元古代地壳增生以及地球动力学机制转换提供了新的深部约束.
