地球上的巖漿活動受控于地球深部過程，全球主要的巖漿形成于洋中脊或俯沖帶上盤等較為活躍的構造環境，反之俯沖帶或碰撞造山帶下盤被動一側的板片通常被認為是較為穩定且不利于巖漿形成的，因此對此類地區的巖漿形成機制與深部過程缺乏約束和認識。青藏高原-喜馬拉雅造山帶形成于早新生代雅魯藏布江新特提斯洋閉合、印度與歐亞大陸的碰撞及相關過程，但碰撞前被動陸緣或碰撞過程中俯沖下盤深部過程并不清楚。事實上，新特提斯洋閉合、印度與歐亞大陸碰撞形成的雅魯藏布江縫合帶兩側都發育有顯著的始新世巖漿活動與變質作用，這為理解俯沖下盤或被動大陸陸內巖漿作用與深部過程提供了重要窗口。
圖1 (a) 喜馬拉雅地質圖，指示新生代巖漿-變質作用分布情況；(b) 研究區地質簡圖；(c) 喜馬拉雅始新世巖漿巖分布柱狀圖；(d) 喜馬拉雅新生代變質作用統計圖。
針對上述問題，馬林、王強研究員與英國卡迪夫大學Andrew Kerr教授和澳大利亞科廷大學李正祥教授等合作者選擇了喜馬拉雅地塊作為研究對象，對地塊中出現的東西向展布的始新世同碰撞輝綠巖脈開展了詳細巖石學和地球化學研究。喜馬拉雅地區屬于印度大陸克拉通的北緣，在大陸碰撞前后分別為被動陸緣與匯聚下盤板片。其作為被動陸緣，在新特提斯洋俯沖階段巖漿活動記錄較為缺乏。本次研究并結合前人的研究顯示，新生代既大陸碰撞以來，喜馬拉雅地區發育了至少兩期重要的巖漿-變質事件（圖1）。其中始新世巖漿作用始于約48 Ma，略晚于雅江縫合帶北側拉薩地塊的始新世巖漿作用峰期（51±3 Ma），巖漿作用以角閃石巖類下地殼熔融和少量幔源侵入巖為特征，伴隨同期高壓中溫變質作用。更值得注意的是，這一時期的巖漿活動分布與著名的喜馬拉雅穹隆帶重疊，呈平行碰撞帶展布特征。這些觀察和特征指示該期巖漿-變質與大陸碰撞早期的巖石圈變形等深部過程密切相關，但難以被現有機制完全解釋。
本次研究揭示：（1）該期幔源巖漿巖在時空上與始新世花崗巖呈疊合分布，指示潛在的成因聯系；（2）幔源巖漿巖多以虧損Sr-Nd同位素和高Nb含量為特征，部分樣品顯示相對富集的Sr-Nd同位素和輕微的Nb-Ta負異常，指示巖漿可能源自軟流圈頂部與巖石圈地幔的邊界層，并在向淺表運移的過程中與巖石圈地幔發生了相互作用。綜合考慮喜馬拉雅與拉薩同碰撞早期的巖漿變質作用特征，提出印度大陸巖石圈在與亞洲大陸碰撞的早期，由于印度巖石圈起始俯沖、碰撞減速和上覆增厚陸殼的載荷等因素導致了巖石圈向下撓曲與巖石圈下部的伸展、破裂，軟流圈與巖石圈邊界熔體沿伸展斷裂上移至下地殼底部侵位，這些幔源巖漿的侵位可能進一步導致同碰撞巖石圈地幔的弱化和地殼的加厚增強，并誘發了下地殼平行縫合帶的廣泛深熔與殼幔變形的解耦（圖2）。這一新模型為理解雅江縫合帶兩側始新世同碰撞巖漿成因機制與巖石圈熱狀態提供了新思路，有助于理解和探討同碰撞喜馬拉雅造山帶巖石圈的變質-變形作用。在全球其他碰撞造山帶被動陸緣一側或俯沖下盤的陸內地區可能存在類似的巖漿形成與侵位機制，未來更多的相關研究將為板塊構造理論的發展完善提供新的信息與認識。相關成果近期已在線發表在國際重要地學期刊《Geology》上。
圖2 喜馬拉雅造山帶始新世巖石圈撓曲與巖漿形成侵位機制模型示意圖
論文信息：Ma, L. (馬林), Wang, Q. (王強), Kerr, A.C., Li, Z.X. (李正祥), Dan, W. (但衛), Yang, Y.N. (楊亞楠), Zhou, J.S. (周金勝), Wang, J. (王軍), Li, C. (李成), Eocene magmatism in the Himalaya: Response to lithospheric flexure during early Indian collision?. Geology 2022; doi: https://doi.org/10.1130/G50438.1.
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