喜马拉雅造山带东段的高级变质作用与部分熔融

The core of the Himalayan orogen, formed by the Cenozoic collision between the Indian and Asian continents, consists of metamorphic rocks and leucogranites. These rocks were derived from metamorphism and partial melting of the subducted Indian continent, representing a natural laboratory for studying the partial melting and granite formation of collisional orogens. The project under application will conduct petrologic, petrochemical and petrochronologic studies and phase equilibria modeling for various high-grade metamorphic rocks, anatectic leucosomes and nanogranite inclusions from the eastern segment of the Himalayan orogen. The aims are to (1) reveal the metamorphic and anatectic conditions of pressure (P)-temperature (T)-fluid, time and duration, P−T−t paths and their spatial variation, (2) explore the control effect of the protolithic composition, anatectic condition, reaction and degree on the melt composition, (3) probe the evolution of the melt chemical compositions over time, (4) speculate the possible compositional features of the leucogranites with different sources and formation times, and (5) link the metamorphism and partial melting to the granite formation of the continental crust of collisional orogen. These results will provide a key constraint for the tectonic evolution of the Himalayan orogen.

喜马拉雅造山带是印度与亚洲大陆在新生代碰撞的产物。造山带核部由大量变质岩和淡色花岗岩组成。这些岩石是印度大陆地壳俯冲到亚洲大陆之下发生变质和部分熔融的产物，是研究碰撞造山带部分熔融和花岗岩成因的天然实验室。本申请项目拟以喜马拉雅造山带东段典型地区分布的不同类型高级变质岩、深熔脉体和显微花岗岩包体为研究对象，通过系统的岩石学、岩石化学、岩石年代学和相平衡模拟研究，揭示高级变质岩的变质作用与部分熔融发生的温度-压力-流体条件、开始与持续时间、变质与部分熔融作用的P−T−t轨迹及其空间变化，揭示熔体化学成分与原岩成分、熔融条件、熔融反应和熔融程度之间的关系，探索熔体化学成分随时间演化，推测不同源区和不同时代形成的淡色花岗岩的可能化学成分特征，建立喜马拉雅造山带变质作用、部分熔融与花岗岩形成之间的成因联系，为完善造山带构造演化模型提供重要限定。

喜马拉雅造山带形成于印度和亚洲大陆在新生代的碰撞过程中，是研究碰撞造山作用与地球动力学的天然实验室。喜马拉雅造山带核部的高喜马拉雅岩系由高级变质岩和淡色花岗岩组成，记录碰撞造山过程中深俯冲的地壳岩石变质、深熔和构造演化历史。本项目通过对造山带东段高喜马拉雅结晶岩系的岩石学、年代学和地球化学研究，在变质作用、部分熔融、熔体化学成分和花岗岩成因研究上取得了创新性成果。本项目研究表明，造山带东段核部的各种岩石都经历了高压麻粒岩变质作用和部分熔融，峰期变质条件为14–16 kbar和750–850℃。这些高压麻粒岩具有顺时针型P–T轨迹，其进变质为升温升压和脱水熔融过程，退变质早期为近等温降压和熔融过程，晚期为近等压或降压降温和熔体结晶过程，进变作用和部分熔融开始于约50–45Ma，峰期变质和部分熔融发生在24–20Ma，退变质和熔体结晶持续到13–10Ma。本研究成果为青藏高原南部加厚下地壳的组成与构造演化提供了重要约束。本项目研究揭示，造山带加厚下地壳中的各种岩石（包括基性、长英质和泥质麻粒岩）在其进变质过程中经历了长期（约20Myr）的脱水熔融，形成了不同时代的花岗岩，原岩成分与熔融程度差异，以及熔体混合、分离结晶和同化混染作用导致了不同成分花岗岩的形成。本成果揭示出喜马拉雅造山带加厚下地壳的部分熔融机制和时间尺度，为花岗岩的成因和金属成矿作用提供了重要制约。本项目研究显示，整个喜马拉雅造山带核部的变质岩具有相同的早始新世（约47Ma）变质年龄，但从西向东变质压力逐渐降低，而变质温度逐渐增高。这表明在大陆碰撞初期，印度大陆地壳西北缘深俯冲到地幔，经历了超高压变质作用，而印度大陆地壳东缘平缓俯冲到拉萨地体之下，构成了造山带的加厚下地壳。本项目第一次总结了喜马拉雅造山带核部变质条件和时间在空间上的变化和动力学机制，为构建造山带构造演化模型提供了重要制约。