丁慧霞：喜马拉雅造山带的淡色花岗岩起源于变质火成岩【PNAS，2025】

2025-10-31     发布：【国家重点实验室】王俊懿    点击：3次

喜马拉雅造山带形成在新生代印度与亚洲大陆碰撞过程中，是研究造山带变质、变形和岩浆作用与板块构造理论的天然实验室。长期以来，该造山带广泛分布的淡色花岗岩被认为是变质沉积岩部分熔融的产物，是大陆碰撞造山带S型花岗岩的典型代表。尽管有研究对这些淡色花岗岩的成因提出异议，但由于缺少足够的证据，上述传统成因认识仍然被国际地学界所广泛接受。

最近，地质过程与成矿预测全国重点实验室“碰撞带岩浆成因与地壳演化”研究团队的丁慧霞副教授，联合中国地质科学院地质研究所张泽明研究员和美国Boise State University Matthew J. Kohn教授，对喜马拉雅造山带东端（东喜马拉雅构造结，图1A-C）高喜马拉雅结晶岩系中的长英质与基性高压麻粒岩和与其紧密共生的淡色花岗岩（图1D-F）进行了系统的野外地质调查、岩石学、年代学和地球化学研究，并与整个喜马拉雅造山带的淡色花岗岩和高温高压实验熔体成分进行了系统比较。作者发现，这些高压麻粒岩是早古生代火成岩在晚新生代发生高级变质与深熔作用的产物，淡色花岗岩是这些高压麻粒岩部分熔融所形成熔体的结晶产物。

东喜马拉雅构造结淡色花岗岩起源于变质火成岩的证据包括：（1）这些淡色花岗岩与寄主麻粒岩之间具有在厘米尺度上的渐变过渡边界（图1D-F），很可能表明形成这些淡色花岗岩的熔体是原位结晶的熔体（图1E, F）。（2）除稀有金属元素外，淡色花岗岩的主微量元素特征与区域上其它淡色花岗岩相似，也显示出过铝质岩石的特征（图2），同时，又含有绿帘石和角闪石，表现出I型花岗岩的特征。（3）这些淡色花岗岩均不含电气石且贫白云母，这可能是其与变质沉积岩起源的淡色花岗岩的重要区别之一。（4）淡色花岗岩与寄主麻粒岩中的锆石具有相同的结构，由继承岩浆核和变质/岩浆边组成。它们的继承核均获得了相同的早古生代（~480 Ma）岩浆结晶年龄，锆石边部获得了相似的晚新生代变质（~22 Ma）与岩浆结晶（~20 Ma）年龄（图3A-D）。而且，两种岩石中的锆石核和边都具有相同的微量元素和Hf同位素成分（图3E-H）。（5）淡色花岗岩与寄主麻粒岩具有类似的Sr-Nd同位素成分。（6）淡色花岗岩具有与长英质岩石，而非泥质岩熔融产生的熔体相似的地球化学成分（图4）。

以前认为喜马拉雅淡色花岗岩是S型花岗岩的主要证据是，1）淡色花岗岩具有与大喜马拉雅结晶岩系中变质沉积岩相似的Sr-Nd-Si-O同位素成分；2）实验研究表明变泥质岩部分熔融可以形成过铝质淡色花岗岩。但是，现有研究表明，喜马拉雅淡色花岗岩的同位素成分也与大喜马拉雅岩系中变质火成岩的范围相似，不能作为判别淡色花岗岩源区的可靠依据。大量的实验和实际研究均表明，长英质岩石部分熔融也可以形成过铝质花岗岩（图4）。现有的变质作用研究表明，喜马拉雅造山带内变质火成岩广泛分布（图1A），且经历了强烈熔融，所形成的大量熔体可以为淡色花岗岩形成提供源区。基于早古生代岩浆岩的分布和淡色花岗岩的成分，文章作者认为喜马拉雅造山带的淡色花岗岩至少有约20%是由变质火成岩部分熔融形成的I型花岗岩，而且没有明显的时空分布差异，也就是说其在各个时间段都有形成，在各个地区都有产出（图1A）。这也表明I型和S型花岗岩共存很可能是大型热造山带的共同特征，I型花岗岩既可以是造山带新生地壳部分熔融的产物，也可以是古老地壳再造作用的产物。

近年来的研究表明，喜马拉雅造山带的淡色花岗岩发生了强烈的稀有金属矿化，很可能是世界级的重要稀有金属成矿远景区。这项研究工作表明，变质火成岩起源的淡色花岗岩具有很低的稀有金属元素丰度（图2D, E），属于贫瘠花岗岩（图2F），很可能不是富稀有金属淡色花岗岩的源区。

   造山带以花岗岩和相关的金属矿产广泛发育为特征。这项重要创新性研究成果不仅为喜马拉雅和其它碰撞造山带花岗岩的成因，大陆地壳的生长与再造提供了新的洞察，也为花岗岩的稀有金属来源和相关矿床的寻找提供了新思路。

图1 喜马拉雅造山带地质简图（A）、研究区地质图（B）与剖面图（C）及所研究的正片麻岩和斜长角闪岩与淡色花岗岩脉体（D-F）

图2 所研究的淡色花岗岩和喜马拉雅造山带淡色花岗岩的主、微量元素成分图

图3 所研究的淡色花岗岩与变质火成岩（高压麻粒岩）的锆石定年与微量元素成分

图4 所研究的淡色花岗岩与长英质和泥质岩石实验熔体成分对比图

该成果由国家自然科学基金项目(U2244203和42272064)、中国地质调查项目 (DD20221630)、中国科技部项目(G2023121004L)和美国自然科学基金项目(EAR 2118114) 联合资助。

上述成果发表于国际权威学术期刊《Proceedings of the National Academy of Sciences》：Huixia Ding*, Zeming Zhang*, Matthew J. Kohn. 2025. Himalayan "S-type" granite generated from I-type sources. PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences) 122(22), e2500480122.

全文链接：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2500480122