印度西北部横喜马拉雅地区喀喇昆仑岩基（约1.6亿至6200万年前）的岩浆演化：对弧状构造动力学和地壳增长的地球化学启示

该研究通过分析喀喇昆仑岩体（KB）的岩石地球化学和同位素数据，揭示了其形成与Neo-Tethys海洋板块的俯冲密切相关。发现KB花岗岩和闪长岩具有钙碱系列、金属不饱和的I型花岗岩特征，εNd（t=110Ma）值为-6.9至-8.8， depleted mantle模型年龄为1650-1857Ma，与中白垩世KB闪长岩特征一致，表明侏罗-白垩纪期间存在安第斯型俯冲带构造环境，岩浆源自钾镁煌斑岩与大陆地壳岩浆的混合。

Irfan M. Bhat|H. Chauhan|T. Ahmad|T. Tanaka

印度查谟和克什米尔伊斯兰科技大学灾害风险减少中心，邮编192122

摘要

喀喇昆仑地块（KT）是位于亚洲板块南部边缘的一个大陆块，起源于冈瓦纳-辛梅里安复合体。它在二叠纪时期从冈瓦纳大陆分离出来，形成了新特提斯洋，并在早侏罗世时期与南亚大陆相连。为了研究其构造-岩浆演化过程，我们分析了来自印度西北部跨喜马拉雅地区喀喇昆仑岩基（KB）的全岩地球化学数据。喀喇昆仑岩基主要由含有大量闪长岩包体的斑状花岗岩组成，这反映了同期镁铁质岩浆与长英质岩浆之间的混合。从地球化学特征来看，喀喇昆仑岩基的花岗岩和闪长岩具有I型花岗岩典型的钙碱性、富铝特征，类似于俯冲带环境下的岩石特征。喀喇昆仑岩基花岗岩的全岩ε_Nd(t = 110 Ma)值介于−6.9至−8.8之间，对应的地幔模型年龄（T_DM）为1650至1857百万年；闪长岩的全岩ε_Nd(t = 110 Ma)值介于−4.5至−6.3之间，T_DM为1800至1953百万年。这些结果与中白垩世的喀喇昆仑闪长岩特征相似（分别为−8.2至−7.3百万年和1380至1650百万年）。这些特征表明，在侏罗纪-白垩纪期间，新特提斯洋板块向北俯冲到喀喇昆仑地块南部边缘，形成了安第斯型构造环境。喀喇昆仑地区的岩浆活动来源于多种来源，包括地幔楔体和上部地壳岩石。

引言

沿洋陆汇聚边缘形成的大陆弧通常被称为安第斯型或科迪勒拉型系统（Gan等人，2023年）。与洋内弧不同，大陆弧具有更高的成分和结构复杂性，这种复杂性源于地幔岩浆与古老大陆地壳的广泛相互作用，以及俯冲板块流体和岩浆的影响（Wilson，1989年）。随着时间的推移，地壳逐渐增厚、物质吸收和岩浆混合，大陆弧逐渐成熟（Zheng，2019年）。因此，大陆弧岩浆活动记录了俯冲板块与地幔楔体之间的化学交换过程（Rudnick和Gao，2003年）。喜马拉雅地区保留了新特提斯洋起源、俯冲作用、增生作用及相关岩浆活动的长期历史（Upadhyay等人，1999年）。该地区多个岩浆阶段的分布反映了这一汇聚边缘的渐进性重组过程（Stampfli和Borel，2002年）。拉达克喜马拉雅段同时具有俯冲过程和前弧至后弧构造的特征（Jain，2014年）。因此，理解这些岩浆弧的空间和时间演化对于研究喜马拉雅造山带的形成和演化至关重要。

喀喇昆仑地块（KT）最初属于冈瓦纳-辛梅里安复合体（Searle，2011年）。它在二叠纪时期从冈瓦纳大陆分离，形成了新特提斯洋（Groppo等人，2019年）。到早侏罗世时期，它与南亚大陆相连（Saktura等人，2023年）。KT北部地区主要由石炭纪-白垩纪的变质沉积岩构成（Pundir等人，2020a）。相比之下，南部地区以喀喇昆仑岩基（KB）为特征，该岩基由晚侏罗世至晚白垩世的岩浆岩（约1.6亿至6200万年前）以及穆尔戈火山岩和中新世的努布拉-西亚琴白岗岩组成（Pundir等人，2020a；Saktura等人，2023年）。该地块向西延伸至巴基斯坦北部，穿过喀喇昆仑断层带（Searle，2011年）。

尽管地形复杂，但已为喀喇昆仑地块收集了大量地球化学和地质年代学数据（例如，Robertson和Collins，2002年；Ravikant等人，2009年；Reichardt等人，2010年；Borneman等人，2015年；Kowser等人，2017年；Groppo等人，2019年；Pundir等人，2020a；Pundir等人，2020b；Saktura等人，2023年）。然而，重建岩浆弧长期地球化学和同位素演化的主要障碍在于缺乏覆盖其整个生命周期的高质量数据集。本研究通过提供来自喀喇昆仑岩基的新的高精度全岩地球化学和Sr-Nd同位素数据，填补了这一空白。通过将这些结果与已发表的数据集结合，我们重新评估了之前的解释，并强调了反映岩浆源和构造环境时空异质性的地球化学和同位素变化。

区域地质

东南亚地区的区域构造格局包括松潘-甘孜、羌塘和拉萨地块以及印度板块（Saktura等人，2021a）。这些地块由金沙、邦贡、雪克缝合带和印度河缝合带等显著缝合带界定（图1a）。喀喇昆仑地块的地质特征已得到广泛研究（例如，Thakur和Mishra，1984年）

野外描述与岩石学

本研究采集的样品来自Tirit-Panamik-Sasoma公路沿线及Tangtse村以北的喀喇昆仑岩基（图1c）。喀喇昆仑岩基包含多种花岗岩类岩石，如英安岩、花岗闪长岩和花岗岩，其中南部边缘的花岗岩常呈斑状。野外鉴定出两种主要类型的喀喇昆仑岩基花岗岩（图2a）：斑状花岗岩（常变形为片麻岩）

分析技术

在完成岩石学观察后，使用颚式破碎机将样品破碎成小块（<2厘米），随后在碳化钨磨机中研磨至<200目。每个样品的灼烧损失（LOI）值均进行了测定。主要和部分微量元素的分析遵循Saini等人（1998年）描述的Wadia喜马拉雅地质研究所分析方法。主要氧化物通过WD-XRF（Siemens SRS 3000）仪器进行测量，而稀土元素

全岩地球化学

喀喇昆仑岩基的花岗岩和闪长岩表现出不同的主要和微量元素浓度（见补充表S4）。花岗岩的镁数[(Mg# = Mg²⁺/Mg²⁺ + Fe²⁺)×100]范围为32–48，而闪长岩为59–70。镁铁质下地壳岩浆通常具有较低的镁数（<40），而地幔来源的岩浆（>40）则经历了分馏作用，例如中洋脊和岛弧玄武岩（Rapp和Watson，1995年；Herzberg等人，2007年）。CIPWNorm矿物百分比也

元素迁移性与岩浆分馏

在进行岩石成因解释之前，首先需要评估研究样品中的元素行为（Rollinson等人，2021年）。野外和岩石学研究表明，喀喇昆仑岩基的花岗岩和闪长岩基本保持原始状态，表明其地球化学特征保存良好。为了评估岩浆后的变化，分析了活动元素与灼烧损失（LOI）之间的相关性（见补充图S1）。弱相关性进一步证实了其原始成分的完整性

结论

喀喇昆仑岩基的花岗岩和闪长岩属于钙碱性、富铝（I型）岩石，富含轻稀土元素（LREE）和重稀土元素（LILE），但缺乏重稀土元素（HFSE），这与俯冲相关花岗岩的特征一致。它们演化的微量元素模式、负的ε_Nd(t = 110 Ma)值、较高的现今⁸⁷Sr/⁸⁶Sr比值以及古老的地幔模型年龄共同表明这些岩石来源于喀喇昆仑地块下弧大陆岩石的熔融作用，并受到俯冲陆源沉积物的影响。

未引用的参考文献

Andjic等人，2022年；Bhat等人，2021b年；Maniar和Piccoli，1989年；Pearce和Peate，1995年；Pudsey，1986年；Willson，1989年。

CRediT作者贡献声明

Irfan M. Bhat： 负责撰写初稿、数据分析、概念构思。H. Chauhan： 负责撰写初稿、验证、方法学研究、数据管理及概念构思。T. Ahmad： 负责撰写初稿、验证、监督、方法学研究、数据管理及概念构思。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

第一作者衷心感谢印度查谟和克什米尔伊斯兰科技大学（IUST）的支持。HC及合作者感谢德赫拉敦Wadia喜马拉雅地质研究所提供的分析设施。TA感谢INSA高级科学家计划的支持。作者还感谢匿名审稿人的建设性意见，这些意见极大地提高了本文的质量和表述水平。