喜马拉雅地区早古生代的岩浆活动与冈瓦纳大陆周边的硅质大型火成岩省有关

研究结合喜马拉雅地区地质观测、全岩及Sr-Nd同位素地球化学和锆石定年，揭示早古生代 (~495-463 Ma) 壳源酸性岩浆浅层结晶与同期沉积缺失，证实特提斯喜马拉雅地层具一致沉积来源，表明peri-Gondwana构造背景可能由单一大型岩浆省控制。

多米尼克·R·弗拉哈（Dominik R. Vlaha）| 安德鲁·V·祖扎（Andrew V. Zuza）| 阿里昂特塞格·甘巴特（Ariuntsetseg Ganbat）| 陈武（Chen Wu）| 彼得·J·哈普罗夫（Peter J. Haproff）| 维克托·E·格瓦拉（Victor E. Guevara）| A·亚历山大·G·韦伯（A. Alexander G. Webb）| 玛丽·C·根吉（Marie C. Genge）| 比伦德拉·P·辛格（Birendra P. Singh）

内华达州矿业与地质局，内华达大学里诺分校，美国内华达州

摘要

新生代喜马拉雅造山带的早古生代岩浆活动和变质作用与影响冈瓦纳大陆边缘的构造-岩浆事件密切相关。解析这些寒武纪-奥陶纪侵入体的构造起源对于更好地理解冈瓦纳大陆和欧亚大陆的演化以及新生代喜马拉雅造山带的初始条件至关重要。为了解决这些问题，我们在印度西北部的切纳布河（Chenab）、平河（Pin）、苏特莱杰河（Sutlej）和巴斯帕河（Baspa）流域的喜马偕尔地区（Himachal Himalaya）整合了地质观测、全岩和Sr-Nd同位素地球化学以及火成岩和碎屑锆石地质年代学数据。本研究的目标是：（1）确定原特提斯洋边缘（proto-Tethyan margin）的喜马拉雅前构造-地层框架；（2）了解早古生代冈瓦纳大陆周边地壳熔融的地质动力学环境。地质、地质年代学和地球化学数据显示，约4.95亿至4.63亿年前，源自地壳的富铝岩浆在适度至浅层地壳中结晶，这与寒武纪-奥陶纪期间沉积作用的中断相吻合。特提斯喜马拉雅地区的寒武纪-白垩纪地层显示出相似的碎屑锆石年龄分布，并有证据表明这些岩浆来自冈瓦纳大陆东部广阔区域的统一河流系统。这些结果，结合寒武纪-奥陶纪不整合面上的构造连续性，表明北部大印度被动边缘（northern Greater India passive margin）的源区在冈瓦纳大陆周边造山作用期间没有发生显著变化。新的地质观测数据、全岩和Sr-Nd同位素地球化学分析以及火成岩和碎屑锆石地质年代学研究结果均支持冈瓦纳大陆边缘存在全球性的古生代S型岩浆活动，这可能由多个或单一的冈瓦纳大陆周边硅质大型火成岩省（perigondwanan silicic large igneous provinces）形成。

引言

欧亚大陆的形成——地球上最大且最年轻的大陆（Scotese和McKerrow，1990；Şengör和Natal’in，1996；Zuza和Yin，2017）——记录了从新元古代至今多次与冈瓦纳大陆碰撞和聚合相关的海洋闭合事件（Şengör和Natal’in，1996；Meert和Van der Voo，1997；Heubeck，2001；Stampfli和Borel，2002；Metcalfe，2013；Wu等人，2016；Zuza和Yin，2017）。最近一次印度大陆与欧亚大陆的碰撞导致了喜马拉雅-西藏造山系统的形成（Argand，1924；Molnar和Tapponnier，1975；Yin和Harrison，2000；Royden等人，2008；Yin，2010）。喜马拉雅-西藏造山带的形成始于古新世（Hu等人，2016；Kapp和DeCelles，2019），并覆盖了主要的前寒武纪-中生代碰撞和聚合事件的结果（例如，Le Fort，1986；Şengör和Natal’in，1996；Yin和Harrison，2000）。详细了解喜马拉雅-西藏造山带的原始结构为新生代构造重建提供了重要的依据（Cawood等人，2007；Yin等人，2010）。因此，理解冈瓦纳大陆东北部的形成和演化以及前新生代构造格局对于确定喜马拉雅造山带的几何形态、范围和规模具有关键作用（例如，Meert和Van der Voo，1997；Le Fort，1986；Gehrels等人，2006a；Yin，2006；Yin等人，2010）。

新元古代，莫桑比克洋（Mozambique Ocean）和新生莫桑比克洋（Neo-Mozambique Ocean）大约在7.2亿至5.5亿年前闭合，使东冈瓦纳（East Gondwana）和西冈瓦纳（West Gondwana）沿着东非造山带（East African orogen）缝合在一起（Meert和Van der Voo，1997；Collins和Pisarevsky，2005；Merdith等人，2021）。冈瓦纳大陆的长期聚合形成了约8亿至5.5亿年前的泛非造山周期（Meert和Van der Voo，1997）。冈瓦纳大陆聚合后，其边缘形成了多个增生造山带，这些造山带是变形、沉积、变质和岩浆作用的典型区域（Le Fort，1986；Murphy和Nance，1991；Miller等人，2001；Gehrels等人，2003；Collins和Pisarevsky，2005；Cawood和Buchan，2007；Cawood等人，2007；Metcalfe，2013；Cawood等人，2021）。这些外围增生造山带——称为Terra Australis、Avalonian-Cadomian和北印度-澳大利亚造山带（Cawood和Buchan，2007；Cawood等人，2021；图1）——现在以分散的碎片形式保存下来，受到大陆裂谷作用和较年轻造山活动的不同程度的影响（例如，阿巴拉契亚-加里东造山带、中亚造山带、特提斯造山带和环太平洋造山带）。这些S型花岗岩通常侵入在古大陆边缘（García-Arias等人，2024；图1A）。这些S型花岗岩的地质动力学背景存在争议，解释意见包括与俯冲作用相关的造山作用或同步裂谷作用引起的地壳剥蚀，最近的观点认为它们形成于板内硅质大型火成岩省（SLIP）环境中（例如，Cawood等人，2007；Miller等人，2001；García-Arias等人，2024及其中的参考文献）。

在这项研究中，我们通过结合地质观测、全岩和Sr-Nd同位素地球化学以及火成岩和碎屑锆石地质年代学方法，在印度西北部的切纳布河、平河和苏特莱杰河流域进行了综合野外和分析研究（图2）。我们的目标是：（1）确定原特提斯洋边缘的喜马拉雅前构造-地层框架；（2）了解早古生代冈瓦纳大陆周边地壳剥蚀的地质动力学环境。

原特提斯洋边缘的区域地质

新生代喜马拉雅-西藏造山带向北延伸超过2000公里，是多次早古生代和中生代海洋闭合及洲际缝合事件的最终结果（例如，Şengör和Natal’in，1996；Heubeck，2001；Yin和Harrison，2000；Wu等人，2016）。多个微大陆逐渐与华北-塔里木克拉通（North China-Tarim craton）聚合。从北到南，这些大陆碎片包括祁连-喀喇昆仑（Qilian-Qaidam-Kunlun）等地区。

U-Pb锆石地质年代学方法

用于U-Pb地质年代学的锆石颗粒通过传统的破碎、筛分、磁选和密度分离方法进行分离。在双目显微镜下挑选单个锆石颗粒，并与标准锆石颗粒一起固定在环氧树脂中。在中国地质科学院矿产资源研究所，使用JXA-880电子显微镜在20 kV和20 nA的工作条件下收集了锆石颗粒的阴极发光（CL）图像。

喜马偕尔地区的早古生代岩浆活动和变形

对切纳布河、平河和苏特莱杰河、巴斯帕河流域的地质测绘显示，大量未变形的富铝花岗岩侵入到了海曼塔群（Haimanta Group）的基底片岩中（图3），其古深度约为10-15公里。根据苏特莱杰河流域基底海曼塔群片岩中的高正长石斜长石岩芯，可以推断出接触变质作用发生在低压（1-4 kbar）和高于550°C的条件下（Chambers等人，2009）。此外，

结论

基于对印度西北部喜马偕尔地区切纳布河、平河和苏特莱杰河流域的新地质观测数据、全岩和Sr-Nd同位素地球化学分析以及锆石地质年代学研究，我们得出以下结论：

(1)

地质观测表明，大量未变形的富铝花岗岩侵入到基底海曼塔群中，这些花岗岩形成于晚寒武世至早奥陶世（约4.95亿至4.63亿年前）。新元古代-寒武纪的特提斯洋地层内部变化很小

CRediT作者贡献声明

多米尼克·R·弗拉哈（Dominik R. Vlaha）：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿撰写，可视化制作，方法论研究，数据整理，概念构思。安德鲁·V·祖扎（Andrew V. Zuza）：撰写 – 审稿与编辑，项目监督，资金筹集，概念构思。阿里昂特塞格·甘巴特（Ariuntsetseg Ganbat）：撰写 – 审稿与编辑，方法论研究，调查。陈武（Chen Wu）：撰写 – 审稿与编辑，方法论研究，调查。彼得·J·哈普罗夫（Peter J. Haproff）：撰写 – 审稿与编辑，

未引用参考文献

Le Fort, 1975

Zhang和Zhaochu, 2020

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文研究的财务利益或个人关系。

致谢

我们感谢已故的安·尹（An Yin）教授，他向本文的几位作者介绍了喜马偕尔地区和西藏的地质情况。特别感谢编辑Gregory Houseman和客座编辑Jingen Dai在《Tectonophysics》杂志上组织这一特刊的工作。Jingen Dai、J. Brendan Murphy和一位匿名审稿人的宝贵审稿意见极大地改进了本文。我们还要感谢Francisco Reyes、Evon Branton、Ashok Kumar和Praveen的协助。