希夏邦马峰地区始新世地壳加厚和隆升过程.pdf

书书书 （）：岩石学报 ：王佳敏，侯康师，李潇丽等 希夏邦马峰地区始新世地壳加厚和隆升过程 岩石学报，（）：，：希夏邦马峰地区始新世地壳加厚和隆升过程王佳敏侯康师，李潇丽吴福元，岩石圈演化国家重点实验室，中国科学院地质与地球物理研究所，北京 中国科学院大学地球与行星科学学院，北京 国家自然博物馆，北京 ，收稿，改回 ，（）：，：，（）：，：（），；（）；，（，），；摘要中新世中期之前喜马拉雅山脉的隆升历史和深部动力机制，还存在极大的争议、缺乏基本的数据约束。喜马拉雅造山带核部高级变质岩的埋藏和折返过程可以约束地壳加厚和山脉隆升过程，但是现有的变质记录主要为渐新世晚期 中新世中期，始新世变质作用的分布范围、形成过程和地质意义仍然未被充分挖掘。本文首先厘定了希夏邦马峰（）山体的基本岩石组成：下部为高喜马拉雅正 副片麻岩，上部为肉切村群变粒岩及贯入其中的淡色花岗岩席。进一步对 年希夏邦马峰登山科考采集的眼球状片麻岩进行了变质作用相平衡模拟和独居石微区原位 定年，确定了始新世变质记录的 演化轨迹：阶段中 型变质压力峰期，条件为 、（），变质年龄为 ；后近等温降压至 阶段低 型变质温度峰期，条件为 、（），变质年龄为 ；在 左右冷却本文受国家重点研发计划项目（）、第二次青藏高原综合科学考察研究项目（、）、国家自然科学基金项目（）和中国科学院青年创新促进会项目（）联合资助 第一作者简介：王佳敏，男，年生，博士，副研究员，主要从事变质地质学及造山带演化研究，：至固相线以下。希夏邦马峰 的中 型变质和地壳加厚事件与北喜马拉雅穹隆、高喜马拉雅主体、前陆飞来峰等地区的记录一致（，），表明印度 亚洲初始碰撞约 后中上地壳被堆叠埋藏至 以下，发生了广泛的整体性加厚和深熔作用。该事件与喜马拉雅内陆残留海最终退却的时间吻合，是喜马拉雅山脉初始隆升的诱因。喜马拉雅山脉不是晚新生代以来隆升的，而是经历了自始新世中期以来的长期地壳堆叠和隆升过程。关键词喜马拉雅；初始隆升；地壳加厚；中 型变质作用；独居石 岩石年代学中图法分类号 ；喜马拉雅是世界上海拔最高的山脉，全球 座 以上的雪山有 座位于喜马拉雅山脉，构成了世界上最靓丽的风景线，吸引着无数探险家去攀登、科学家去研究。喜马拉雅是威尔逊旋回中陆陆碰撞造山的最典型代表，深部地球动力学过程如何控制地表地形的隆升是 世纪地球系统科学研究的重要领域（刘静等，）。因此，喜马拉雅的隆升历史和深部造山机制，是喜马拉雅地质研究的关键科学问题。然而，关于喜马拉雅山脉的隆升历史和深部动力机制，还存在极大的争议；特别是对中新世中期之前的隆升历史和机制，仍缺乏有效的数据约束。（）古生物学的研究结果揭示喜马拉雅山脉是晚新生代以来快速隆升的（图 中绿色曲线），带来了构造 气候相互作用引发喜马拉雅山脉隆升观点的盛行（，；，）：年希夏邦马峰地区发现的高山栎化石被鉴定为生活于海拔 、时代被约束为上新世 ，而现今地层海拔则为 ，从而认为喜马拉雅山在近 万年内快速隆升了 （徐仁，），但周浙昆等（）认为高山栎生长的海拔应该为 ，希夏邦马峰至上新世以来隆升了 的稍小幅度；吉隆沃马盆地、聂拉木达涕盆地等处发现的福氏三趾马被认为是食用 植物的过渡期马类，大约生活在 的海拔高度、时代被约束为 ，而现今地层海拔则为 ，从而认为喜马拉雅山在近 万年内快速隆升了 （岳乐平等，；，）。（）古高度计的研究结果则指向了不同的结论，认为喜马拉雅山脉是中新世中期快速隆升并达到最大高度的（图 中红色曲线）：（）在珠穆朗玛峰地区的藏南拆离系剪切带中，利用黑云母和白 云 母 的 氢 同 位 素 估 算 古 高 度，配 合 年 龄（），认为珠峰地区在中新世中期已经隆升到了 的现今海拔高度；（）在恰卜林地区雅江缝合带附近中新世砂砾岩地层中发现的古植物化石，利用气候叶片分析多变量程序（）获得该地区 的古高度大约为 ，认为喜马拉雅山脉是中新世早中期快速隆升的，对应于俯冲板片断离和高喜马拉雅折返等深部构造事件（，）。（）在 之前的隆升历史和深部机制，目前尚缺乏基本的数据约束，只有早中始新世海相地层（组）退缩变成陆相地层的约束，但是喜马拉雅残留海退却的时间在不同地区并不一致，之间均有分布（，；，）。图 喜马拉雅山的隆升历史绿色曲线修改自 （），主要基于第一次青藏科考中古植物的研究成果；蓝色曲线和红色曲线修改自 （）及其中参考文献；沉积速率数据修改自 （）及其中参考文献 （），（）（）除了上述方法，加厚地壳高级变质岩石的埋藏深度和剥露速率也可以用于约束山脉的隆升过程和机制，但是该项工作目前极少开展定量化的古高度研究。在这其中，早期地壳加厚和山脉初始隆升如何响应印度 亚洲初始碰撞的过程，是最不清楚的。初始碰撞被定义为两个大陆相互接触并且将它们分开的大洋板块沿着板块边界完全俯冲到上伏板块下方（，）。根据来自亚洲的碎屑物质开始沉积到印度大陆边缘的时间，印度 亚洲大陆的初始碰撞始于古新世晚期（，）。然而，从造山带变质核心高喜马拉雅结晶杂岩（）中获得的中 型区域变质作用和深熔作用的记录主要是渐新世至中新世的年龄 岩石学报 ，（）：（）（，；，；，），比 的大陆初始碰撞时间年轻得多。近年来，越来越多的始新世变质记录被识别出来（，；，；，；，；，；，；，）。这其中，（）在加德满都飞来峰中发现了始新世的地壳加厚记录，与始新世海相地层最晚期退却的时间一致，海拔约为 ，从而认为喜马拉雅山是始新世以来稳态隆升的，其隆升机制是深部地壳物质堆叠导致的。但是，与渐新世 中新世变质作用记录相比，这些早期记录的分布范围、形成过程和意义仍然未被充分挖掘。对早期变质和深熔作用认识的不足，阻碍了我们对早期地壳加厚如何响应大陆初始碰撞、造成喜马拉雅山脉隆升的理解。希夏邦马峰地区是早年进行喜马拉雅山隆升过程研究的前沿阵地，并在这里发现了高山栎化石（徐仁，）。本次研究对 年希夏邦马峰登山科学考察队采集的样品进行了梳理（施雅风和刘东生，；中国希夏邦马峰登山队科学考察队，），确定了希夏邦马峰山体下部的岩石组成。从其中的眼球状片麻岩样品中确定了希夏邦马峰地区始新世中 型变质作用的存在，并运用相平衡模拟和独居石微区原位 定年确定了其 演化轨迹。然后结合北喜马拉雅穹隆、高喜马拉雅主体、前陆地区飞来峰等地区的始新世地壳加厚记录，揭示了始新世中期喜马拉雅广泛的地壳加厚事件如何响应大陆初始碰撞过程、并导致山脉初始隆升（图 中六角星）。区域地质概况喜马拉雅造山带通常被沿着造山带走向长约 的四个一级构造边界藏南拆离系（）、主中央逆冲断层（）、主边界逆冲断层（）和主前锋逆冲断层（），从北到南分划分为特提斯喜马拉雅沉积岩系（）、高喜马拉雅结晶杂岩（）、小喜马拉雅沉积岩系（）和次喜马拉雅前陆盆地（）（图 ；，；，；，）。是世界上最大的拆离断层系统之一，延伸超过 ，具有向北拆离的剪切指向，并将未变质 绿片岩相变质的 沉积岩与下伏的 分开（，）；也有人认为 由下部韧性剪切带和上部脆性正断层组成（，；，）。但是，越来越多的研究将其作为印度 亚洲碰撞过程中的被动顶板断层来处理，主要证据为 在加德满都飞来峰南侧可以与 合并（，；，）。将高角闪岩相 麻粒岩相变质的 推覆到绿片岩相低角闪岩相变质的 之上（，；，）。近 年来，陆续在喜马拉雅中部的多个 剖面中识别出高喜马拉雅逆冲断层（），认为其早于 活动，并与 近乎同期活动（，；，）。希夏邦马峰地区地处喜马拉雅中部，以世界第十三高峰希夏邦马峰（）为中心，主要包括我国西藏自治区的聂拉木县和吉隆县，希夏邦马峰主体位于聂拉木县境内（图 ）；东侧紧邻珠穆朗玛峰地区，南侧为尼泊尔朗唐地区。典型岩石类型包括 中的混合岩化副片麻岩、钙硅酸岩夹层、早古生代花岗质正片麻岩和渐新世 中新世的淡色花岗岩（，；，；，；，）。在聂拉木县以北，岩石的面理方向大致为 或 、倾角中等（）。在聂拉木和吉隆剖面的 和 可以划分出典型的巴罗式变质带，从南至北随着变质级别递增依次是 中的绿泥石带、黑云母带、石榴子石带、十字石带，至 中的蓝晶石带、夕线石 白云母带、夕线石 钾长石和堇青石带（，；，）。进一步研究表明，上部的变质温度较高为 、峰期变质年龄较老为 ，下部的变质温度较低为 、峰期变质年龄较年轻为 ，从而可以在该区识别出“高喜马拉雅逆冲断层”（；，；，）。高喜马拉雅岩石主要经历了：（）白云母脱水熔融（熔体；，）和（）黑云母脱水熔融（熔体；，）。淡色花岗岩主要位于 的顶部，通常沿着 就位（，）。本文矿物缩写据 （）：石英，斜长石，钾长石，黑云母，白云母，石榴石，微斜长石，条纹长石，斜方辉石，堇青石，熔体，绿泥石，夕线石，红柱石，蓝晶石，钠长石，钙长石，钾长石，镁铝榴石，钙铝榴石，锰铝榴石，铁铝榴石，磁铁矿，尖晶石，独居石。希夏邦马峰的岩石组成希夏邦马峰是唯一完全坐落于中国境内的海拔超过 的雪山，其登山和科考地位都极为重要。希夏邦马峰群山主要由希夏邦马主峰（，）、希夏邦马中央峰（，）、摩拉门青峰（）、彭帕日峰（）、野博康加日峰（）组成（图 ）。其攀登过程中要途径前进大本营（，）、号营地（，）、号营地（，）、号营地（，）（图 ，）。年希夏邦马峰登山科学考察队发现了野博康加日群砂岩及其中的高山栎化石（现存于国家自然博物馆，徐仁，），同时也采集了前进大本营附近（海拔 ）的大量眼球状片麻岩、黑云母副片麻岩、变粒岩和花岗岩样品（表 ）。（）对希夏邦马峰进行了登山采样，在 年岩石组成王佳敏等：希夏邦马峰地区始新世地壳加厚和隆升过程图 喜马拉雅造山带（）和希夏邦马峰地区（）地质简图（据 ，修改）（）（）（，）岩石学报 ，（）：表 希夏邦马峰的岩石组成及采样情况 海拔（）攀登营地采样人采集年份岩性保存地点样品数量 年 月电气石淡色花岗岩本所块 年 月电气石淡色花岗岩本所块 年 月电气石淡色花岗岩本所块 年 月电气石淡色花岗岩本所块 年 月淡色花岗岩本所块 年 月淡色花岗岩本所块 王洪宝 年 月大理岩和变质岩接触遗失 年 月夕线石黑云母片麻岩本所块 年 月淡色花岗岩本所块 年 月伟晶岩本所块 苏涛 年 月和 年 月下部砾岩、上部砂岩，野博康佳勒群本所块 公路 刘东生 年 月眼球状片麻岩 变粒岩 花岗岩 大理岩国家自然博物馆 套 公路 年 月片麻岩 花岗岩 伟晶岩本所套 公路 李久乐 年 月花岗岩 沉积岩本所 套注：主峰；号营地；号营地；号营地；登山大本营基础上，进一步确定了希夏邦马峰海拔 处含有大量的电气石淡色花岗岩和少量伟晶岩（表 ），其独居石 年龄为 和 ，白云母 冷却年龄为 ，磷灰石裂变径迹年龄为 。二次青藏科考启动以来，多个研究团队在大本营处进行了样品的补充采集。根据上述采集的样品、以及多年来登山探险过程中拍摄的野外照片，大致可以确定希夏邦马峰山体的岩石组成。希夏邦马峰的底部（）主要由 的混合岩化 副片麻岩和眼球状正片麻岩组成（图 ），内有少量淡色花岗岩席。而希夏邦马峰的上部山体（）主要为肉切村群变粒岩，岩性包括角闪石石英片岩、黑云母片岩、大理岩、钙质硅酸岩，及顺层贯入肉切村群中的大量电气石淡色花岗岩席（图 ）。希夏邦马峰主峰顶部未见特提斯喜马拉雅地层，但是滚石中可见未变质的灰岩，推测其可能来自摩拉门青峰等其他山峰。除了上述岩石类型，在大本营往上的 海拔处，可见野博康加日群砂砾岩，其产状底部较陡、向上逐渐变缓近乎水平，直接盖在肉切村群之上。根据上述岩石组合，可以大致画出图 的希夏邦马峰群山的岩石组成剖面图，其中上拆离断层和下拆离断层的位置及概念采用了珠峰地区将藏南拆离系划分为珠穆朗玛拆离断层和洛子峰拆离断层的方案（，；，）。本次研究中进行具体分析的样品来自 年希夏邦马峰登山科考时采集的眼球状正片麻岩，一共 块样品（、和 ，图 ，），目前存放于国家自然博物馆中。样品中的石榴子石中包裹体中可见黑云母、斜长石、石英、白云母（图 ），应为变质压力峰期阶段（）的矿物。样品基质中的矿物组合为斜长石、钾长石、条纹长石、石英、黑云母、夕线石和石榴子石（图 ），应为变质温度峰期阶段（）平衡的矿物。其中夕线石呈毛发状沿着黑云母的边部生长（图 ，），可能为白云母脱水熔融分解而来。条纹长石主要为正条纹长石，即基质为钾长石、内有大量钠长石条带，并且其中可见斜长石和石英交生的熔体包裹体（图 ）。样品中局部域可见从熔体中结晶出来的白云母和斜长石后成合晶（图 ），应为退变冷却过程中生长的矿物。分析方法 主量元素、矿物成分及图像分析全岩主量元素使用位于武汉上谱分析科技有限责任公司的日本理学公司（）生产的 型波长色散 射线荧光光谱仪（），端窗铑靶 射线光管。测试条件为：电压 ，电流 ，主量各元素分析谱线均为 ，标准曲线使用国家标准物质岩石系列 、土壤系列 、水系沉积物系列 建立。数据校正采用理论 系数法，测试相对标准偏差（）。采用理论 系数法对数据进行修正。相对标准偏差（）小于 。并在中国科学院地质与地球物理研究所采用传统的湿化学滴定（氧化还原滴定）方法交替测量全岩 含量，用于确定 和 的比例。显微照片使用配备高分辨率相机的 偏光显微镜拍摄透射光和反射光显微图像。矿物化学成分使用中国科学院地质与地球物理研究所的日本电子生产的 电子探针测定。工作条件设置为束流直径 （云母为 ）、束流 、加速电压 。矿物化学成分结构式是使用 程序计算的，测试所得数据见电子版附表 。背王佳敏等：希夏邦马峰地区始新世地壳加厚和隆升过程图 希夏邦马峰的岩石组成和剖面图（）希夏邦马峰群山的海拔和构造 岩石单元划分；（）攀登路线平面图；（）攀登大本营 的眼球状片麻岩滚石照片（修改自中国希夏邦马峰科学考察队，；第二张照片由苏涛提供）；（）攀登营地的露头照片显示肉切村群片岩被淡色花岗岩席侵位（下载自 ：）；（）希夏邦马峰群山的构造 岩石单元剖面图 （）；（）；（）（，；）；（）（：）；（）散射衍射电子图像（）和包裹独居石的矿物成分分析使用中国科学院地质与地球物理研究所的 扫描电子显微镜及 能量色散 射线系统。独居石 微区原位定年独居石 定年和微量元素在探针片中进行，从而保留独居石与周边矿物的接触关系、以约束独居石生长的变质阶段，分析使用中国科学院地质与地球物理研究所的 四极杆电感耦合等离子体质谱仪（），该仪器与脉冲 准分子激光烧蚀系统联机。分析过程中使用 能量、重复率和约 的小光斑尺寸。每次分析都会测量背景值 ，然后打开激光 岩石学报 ，（）：图 年希夏邦马峰登山科学考察队采集的眼球状片麻岩样品手标本（）、标签（）、显微镜下特征照片（）和背散射电子图像（）（，），（），（）（）测量样品信号 。每 次分析穿插一组年龄标样，每 次分析穿插一组微量元素标样。测量的 和 比值使用独居石标样 （，）进行校正。使用二次独居石标样 （年龄 ）评估分析的准确度和精密度（，），在误差范围内较推荐值偏大 （年龄 ，）；对于本文中未知样品年龄 ，该偏差可能会使测试年龄结果偏老 ，该偏差会在讨论和结论中被考量，但是不会对本文结论产生影响。微量元素标样使用 （）的推荐值相对于 玻璃进行外部校准。内标化基于独居石中的 （）的化学计量。分析的准确性和精密度使用 二级玻璃标样进行评估，总和优于 。具有明显夹杂物污染或数据收集持续时间不足（）的分析点被舍弃。独居石和锆石的稀土元素（）模式被标准化为球粒陨石（，）。数据处理使用 进行，包括基线校正、仪器漂移、质量偏差等。修正后的 和 比值的误差以 或 置信区间水平。测试所得数据见电子版附表 。主要结果 矿物成分由于眼球状片麻岩样品 中石榴子石晶型相对完整、多级阶段矿物组合发育更加清晰，本文分析了代表性样品 中石榴子石、斜长石、钾长石和黑云母的成分，基于 个氧原子计算阳离子数和固溶体端元。石榴子石的核 幔部具有较为平坦的成分 （）、（）、（）、（）和 （）（）（图 ），最外层具有再吸收的扩散边，表现为升高的 （）、（）及降低的 （）。斜长石的平均 值（）为 ，相对聂拉木地区 副片麻岩的 值（）更加集中（图 ）；钾长石的 值（）为 ，与聂拉木地区 副片麻岩的 值相似（图 ）。黑云母的平均 值（）为 ，离子数为 ，离子数为 （图 ，），与聂拉木地区 副片麻岩相比具有更低的 值和 离子数、更高的 离子数。王佳敏等：希夏邦马峰地区始新世地壳加厚和隆升过程图 眼球状片麻岩样品 中的石榴子石（）、长石（）和黑云母（、）主要元素成分 的长石和黑云母矿物成分引用自 （）（），（）（，）（）相平衡模拟相平衡模拟使用 软件（版本 ，）和 热 力 学 数 据 库（，）进行计算。使用的矿物固溶体模型如下：石榴子石（），）、斜长石（），）、钾 长 石（，）、钛铁矿（），）、黑云母（），）、白云母（），；，）、堇青石（），）、斜方辉石（），）、熔体（），），以及纯相金红石、磁铁矿、榍石、钠长石、蓝晶石 夕线石。流体相被认为是纯 （），并用烧失量 值确定 含量为 。假设全部 存在于磷灰石中并相应地用于校正全岩 含量。眼球状片麻岩样品 的相图是使用基于 测量的成分 （）、（）、（）、（）、（）、（）、（）、（）、（）、（）。模拟结果（图 ）显示其与富铝系列变泥质岩的相平衡关系具有相似的演化组合（，），但是钾长石的稳定域更加宽泛，而金红石由于全岩 较低在高压区域缺失。石榴子石包裹体矿物相限定的压力峰期（阶段）矿物组合为 ，石榴子石的成分等值线 （）、（）、（）在该矿物组合下相交于 和 的条件下（图 ），其中 由于受后期高温叠加事件影响较小、因而对压力的限定相对较好（，）。基质中矿物相限定的温度峰期（阶段）矿物组合为 ，石榴子石成分等值线 （）、（）和黑云母 等值线（）最大值（）在该矿物组合下相交汇于 的温度条件下，而压力则较为宽泛（），其中 可能为其经历的最低压力。、和 等值线由于易受高温改造，更容易记录温度峰期的信息。石榴子石最外边的扩散环带 （）、（）和黑云母的 等值线最小值（）则记录了后期冷却过程。因此，该样品的矿物组合和成分记录了从 至 阶段的近等温降压 轨迹和晚期的近等压降温轨迹。样品在该过程中以部分熔融为特征，产生的熔体含量从 升高至 （图 ），石榴子石的体积分数从 升高至 （图 ）。岩石学报 ，（）：图 眼球状片麻岩样品 的相平衡关系（）、轨迹（）和熔体 石榴子石的体积分数变化（、）（），（）（，）独居石 岩石年代学本文对 个眼球状片麻岩样品 、和 在探针片中进行了独居石 岩石年代学研究，以便更好地将变质年龄与显微结构、产状位置联系起来。独居石的 和重稀土（）含量通常是区分不同期次生长环带的关键判别因素，并可以将独居石的生长 结晶与其他含 和 矿物（例如石榴子石）的形成过程联系起来（，；，；，）。因此，本文运用独居石的产状位置和微量元素特征来共同约束独居石的变质年龄解释。样品中的独居石大多具有 的颗粒直径。样品 的独居石颗粒大多数位于黑云母中，其次位于斜长石、钾长石和石英中，少数与石榴子石接触、呈不完全包裹状态。大多自形、少数他形，大多缺乏显著的 分带、少数具有白灰色的核（图 ）；不管是何种矿物包裹，样品 的独居石均呈现中新世中期的表面年龄，其 和 年龄比值较为谐和，加权平均年龄可进一步分为三组、其中 （，）为主期变质年龄（图 ，）；统计来看，独居石都具有分散的含量（）、（）值（王佳敏等：希夏邦马峰地区始新世地壳加厚和隆升过程图 眼球状片麻岩样品中独居石与周围矿物的包裹关系信息、代表性 照片和 年龄黄色圈的直径为 独居石多被 、和 等矿物颗粒完全包裹，而 和 等矿物则不完全包裹独居石、即相接触 ，）和一致的 异常值（）（图 ）。样品 的独居石颗粒大多数位于熔体相（）中，其次位于斜长石中或与石榴子石接触，少数位于黑云母中，大多较为自形、颗粒相对较大，缺乏显著的 分带（图 ）；样品 的独居石具有较为分散的表面年龄，多数 和 年龄比值较为谐和，加权平均年龄可分为 （，）和 （，）两组（图 ，），而最年轻的颗粒则可以延续至 （）；统计来看，的独居石颗粒大多被熔体相（）包裹，而 的独居石颗粒则分别被斜长石和熔体相包裹或与石榴子石接触；随着年龄变年轻，独居石中的 含量（）呈现较为分散的范围，而（）值（）和 异常值（）较为一致（图 ）。样品 的独居石颗粒大多数位于斜长石中，其次位于黑云母和熔体相（）中或与石榴子石接触，大多较为自形、颗粒相对较小、只能容纳一个分析点，部分颗粒具有核 边结构的 分带（图 ）；样品 的独居石具有较为分散的表面年龄，部分 和 年龄比值偏离了谐和线，加权平均年龄可分为 （）、（）和 （）三组（图 ，）；统计来看，的独居石颗粒大多被黑云母包裹或与石榴子石接触，而 的独居石颗粒则被斜长石包裹；随着年龄变年轻，独居石中的 含量（）呈现较为分散的范围，（）值（）和 异常值（）较为一致（图 ）。讨论 希夏邦马峰地区 演化眼球状片麻岩样品 记录了近等温降压的顺时针 轨迹，从 和 的压力峰期变质条件（阶段）到约 和 的温度峰期条件（阶段）、晚期经历了近等压冷却。假设大陆地壳的平均压力梯度为 ，即 相当于约 的深度，计算表明 阶段的地温梯度约为 、深度为 ，为典型的中 型变质作用地温梯度；而 阶段的 岩石学报 ，（）：图 眼球状片麻岩样品中独居石 同位素比值投图和加权平均年龄 地温梯度约为 、深度为 ，为典型的低 型（即低 型）变质作用地温梯度。演化轨迹显示片麻岩样品在第一期地壳加厚埋藏至下地壳之后，经历了第二期高温变质事件的叠加。相平衡模拟计算表明，该样品在 的水含量条件下在 阶段即会发生白云母脱水部分熔融，并产生 的少量熔体；在 阶段，随着压力降低和温度小幅升高，将产生 的额外熔体。部分熔融得到了片麻岩样品中高温条纹长石、白云母完全分解和夕线石生长等证据支持（图 ），图像中的港湾状、浸入状、长条状长英质熔体也表明片麻岩样品经历了显著的部分熔融（图 ）。眼球状片麻岩中独居石的变质年龄具有很宽的范围（），可以通过矿物结构、产状和微量元素含量进行解释（，；，；，）。在样品 中，部分与熔体相关的颗粒具有 （平均值 ）的变质年龄，表明在始新世阶段，片麻王佳敏等：希夏邦马峰地区始新世地壳加厚和隆升过程图 眼球状片麻岩样品中独居石 元素、（）、异常与 年龄投图其中不同符号表示独居石与周围矿物的产状关系，、和 为包裹独居石的矿物颗粒，而 和 则表示独居石与其中一种矿物相接触 ，（），岩样品已经达到了含水部分熔融的条件，即大于 ；由于该样品的峰期变质条件为 ，因此在始新世时期，该样品的温度和压力条件已经达到或者接近峰期变质（阶段）；部分 的独居石颗粒与石榴子石接触、呈不完全包裹状态，这说明被石榴子石不完全包裹的独居石颗粒处于开放体系状态，未处于石榴子石完全保护效应下，因而在 期间受到了高温叠加变质改造或熔体交代，使其无法保留进变质或压力峰期的变质年龄。但是，在样品 和 中，独居石的 元素和（）比值随着年龄变小而未见明显的升高或下降趋势，这可能是与近等温降压过程中石榴子石的体积分数变化并不显著有关（从 到 ）。在样品 中，独居石具有相对集中的主期年龄为 （，），最可能记录了晚期冷却结晶的年龄；这可能与样品 中有较多的浅色体条带，早期残留独居石的变质年龄更容易被晚期高温变质事件改造有关；相比样品 和 ，样品 中的独居石颗粒的 含量和（）比值也并未呈现明显差异，这可能是由于在后期冷却过程中不再发生变质反应，使得矿物含量固定下来，石榴子石的真实体积分数并未变化。李璞等（）对希夏邦马峰地区眼球状片麻岩中钾长石、黑云母、白云母的 测年除了得到 的冷却年龄外，也得到了 和 的年龄，与上述我们得到的始新世变质年龄和冷却年龄结果一致，进一步支持上述解释的可靠性。综上所述，此次研究的希夏邦马峰地区眼球状片麻岩约在 通过地壳加厚的方式被埋藏至 的下地壳，经历了中 型变质作用（）、并记录了压力峰期条件（图 ，中的红色 轨迹），可能在 或更晚由于下地壳高热流 混合岩的折返而叠加了低 型变质作用（）并记录了温度峰期变质条件（，），在 左右冷却至固相线以下温度。的冷却过程与 和 的活动时间一致、代表了 上部沿着 和 侧向挤出的时代（，；，）。始新世中 型变质作用记录喜马拉雅的中上地壳长英质岩石被加厚至下地壳并产生过铝质的熔体是印度 亚洲碰撞的一个重要里程碑，表明地壳增厚已达到临界水平，可以产生足够高的温度进行部分熔融。在与 相关的构造变质事件中，始喜马拉雅阶段（，）相对于较年轻的叠加变质事件而言，记录要少得多。迄今为止，记录的大多数混合岩峰期变质和冷却结晶年龄在 之间（，；，；，），被划 岩石学报 ，（）：图 喜马拉雅始新世中 型变质和深熔作用的 轨迹和变质年龄分布总结（据 ，修改）对其中 轨迹和变质年龄的总结及相关参考文献见 小节 （，）分为新喜马拉雅阶段（，），说明渐新世 中新世中期喜马拉雅的地壳已经显著增厚；并且在中新世中期（），喜马拉雅的长英质地壳很有可能已经加厚至 ，并经历了岩石圈减薄，从而产生了超高温变质作用（，）。上述持续的高温和超高温变质作用，将 中相当一部分始新世变质和深熔记录叠加改造了。通常，独居石在峰值温度下相比锆石更容易被改造（，），然而，如果独居石足够大或被石榴子石或长石等较大颗粒完全包裹保护，一些较古老的残留独居石可以幸存下来（，；，）。近年来随着多种微区原位 年代学分析方法的进步，已发表的始新世地壳加厚相关的中 型变质作用记录不断增加，始新世变质和深熔作用可能比以往认识的要普遍得多，以下对不同构造部位发育的代表性记录做简要介绍。（）北喜马拉雅穹隆：（）和 （）在麻布加穹隆的含蓝晶石变泥质岩中获得了 的锆石 变质年龄，变质温度为 、压力为 、对应地温梯度为 ，达到了部分熔融条件（图 ，中淡蓝色 轨迹）；（，）在雅拉香波穹隆的含蓝晶石变泥质岩中获得了 的锆石 年龄，其峰期变质年龄被解释为 ，变质温度为 、压力为 、对应地温梯度为 ；（）对麻布加穹隆和康马穹隆的含蓝晶石变泥质岩（、地温梯度 ）中获得了 的石榴子石 等时线年龄，由于其混合了石榴子石进变质生长的核部和峰期阶段生长的边部、并可能受到锆石等富含 和 元素的包裹体影响，该年龄应该为混合年龄，但是也侧面佐证了北喜马拉雅穹隆内始新世中 型变质事件的存在。（）高喜马拉雅主体：在尼泊尔西部安娜普尔纳地区的含蓝晶石片麻岩中，（）和 （）通过独居石 定年获得了始新世的变质年龄（），并通过石榴子石中纳米花岗岩包裹体的均一化实验和相平衡模拟证实了这些样品经历了始新世的深熔作用，其 变 质 温 压 条 件 为 和 （）（图 ，中深蓝色 轨迹）；（）在聂拉木地区的夕线石钾长石片麻岩中获得了 的锆石 变质年龄，其变质温压条件为 和 （）；（）和 （）通过锆石和独居石 定年获得了 的较长跨度年龄，认为高喜马拉雅主体经历了 的长期部分熔融，并且认为高温麻粒岩相变质及部分熔融可能始于 。这些发现均表明高喜马拉雅主体内部可能存在广泛的始新世深熔作用。（）前陆地区飞来峰：（）在尼泊尔 飞来峰中的长英质片麻岩中获得了 的独居石 变质年龄，相平衡模拟表明其峰期温压条件为 和 ，地温梯度为 。（）在尼泊尔加德满都飞来峰 长英质片麻岩中获得了 的独居石 变质年龄，相平衡模拟表明其峰期温压条件为 和 （图 ，中绿色 轨迹），地温梯度为 ，并且其中存在大量 正异常的条带状浅色体，均证明其达到了部分熔融条件。这些证据表明尼泊尔西部和中部前陆地区飞来峰之间始新世变质作用和深熔作用在东西走向上可王佳敏等：希夏邦马峰地区始新世地壳加厚和隆升过程能具有连续性。始新世地壳加厚和喜马拉雅山初始隆升过程此次研究的希夏邦马峰地区眼球状片麻岩与北喜马拉雅穹隆、高喜马拉雅主体、前陆地区飞来峰等地区报道的始新世变质作用具有相似的峰期变质年龄（）、相似的中 型变质峰期地热梯度（）。这些始新世的中 型变质作用被零星地保存于喜马拉雅中，但是却展现出从北至南、从东至西的面状分布特征。表明始新世时期喜马拉雅的下地壳已经普遍发生了加厚，部分地区产生了早期的深熔作用；而本次新增的数据进一步表明，始新世地壳加厚广泛分布在整个造山带，与该事件相关的早期深熔作用可能比之前认为的更加普遍。前人在解释这一期始新世中 型变质作用的时候运用过印度大陆平板俯冲的模型（，）。但是中 型变质作用可以发育于俯冲 碰撞过程中的多个构造部位，并不能够用于甄别俯冲构造环境；此外，显生宙的大陆 大洋俯冲多具有冷的地热梯度（，），即使是印度大陆平板俯冲也应该具有 的热俯冲带的地热梯度（，；，）。因此，这种中 型变质峰期地热梯度（），应该是地壳堆叠加厚的结果。此时大陆俯冲的深部岩石可以发生冷地热梯度的阿尔卑斯型高压 超高压变质作用（图 中浅蓝色六角星），而浅部地壳物质由于剐蹭拆离堆叠至造山带地壳中则会产生中 型变质作用（图 中黄色六角星）。例如，巴基斯坦喜马拉雅也发育有同期 的阿尔卑斯型高压 超高压变质作用（，）和中 型变质作用（，）。图 喜马拉雅始新世地壳加厚、深熔作用和山脉初始隆升示意图（据 ，修改）浅蓝色六角星为高压 超高压变质作用、与大陆俯冲相关；黄色六角星为中 型变质作用、与地壳加厚相关 ，（，）；喜马拉雅广泛发生的始新世地壳加厚和部分熔融表明，在初始碰撞（，）后 就发生了对大陆碰撞的深熔作用反馈，比之前认为需要 才能积 累 足 够 的 放 射 性 生 热 达 到 部 分 熔 融 要 快 得 多（，）。这些早期深熔记录表明，喜马拉雅地壳在始新世显著增厚（长英质地壳厚约 ），并且可能对应着喜马拉雅山最初的地形隆升（图 ）。早期地形隆升与始新世前陆盆地沉积中记录的由海相灰岩地层向陆相碎屑岩的变迁记录保持一致（如印度西部的 和尼泊尔中部的 次盆地，图）。碎屑云母的 定年结果也为 （，），与本文中报道的地壳加厚时间完全一致，其来源指向来自喜马拉雅隆升导致的特提斯喜马拉雅岩石的剥露和抬升（，）。这表明始新世中期由于喜马拉雅广泛的地壳加厚，内陆残留海最终从喜马拉雅南部退却。如果始新世时期喜马拉雅的下地壳有 的镁铁质岩石，那么加上 的长英质地壳后、始新世中期喜马拉雅地壳的厚度应为 ，根据简单的 均衡模型（，），这相当于约 的海拔高度，为至今仍然缺乏有效古高度约束的早期隆升过程提供了新的重要数据（图 中灰色和黄色六角星）。本文结果结合现有研究表明，喜马拉雅应该自印度 亚洲碰撞以来一直都有海拔隆升，是逐步从海平面以下隆升至海平面以上的过程，而 至 则从海拔 隆升至 （，）；此后，喜马拉雅山脉可能在中新世早中期 经历了快速隆升（，），部分地区（例如珠穆朗玛峰）在中新世中期（）已经隆升到了 的海拔高度（，）。上述结果也表明，希夏邦马峰和珠穆朗玛峰等喜马拉雅中部地区的 以上山峰，并不是 以来才快速隆升的（徐仁，；周浙昆等，），而是从印度 亚洲碰撞 之后（）至中新世中期（）稳态从海平面以下抬升至现今高度的，是构造驱动的隆升。本文的结果有助于了解地壳加厚对大陆碰撞的反应有多快，以及碰撞造山的深部动力学过程如何改变地表高程隆升。结论（）确定了希夏邦马峰山体的基本岩石组成：下部为高喜马拉雅正 副片麻岩，上部为肉切村群变粒岩及贯入其中的淡色花岗岩席。（）年希夏邦马峰登山科考采集的眼球状片麻岩的 轨迹记录了 、的中 型变质压力峰期（）和 的变质年龄，后经历近等温降压至 和 的低 型变质温度峰期（）和 变质年龄，在 左右冷却至固相线以下。（）希夏邦马峰记录的 的中 型变质作用 岩石学报 ，（）：（）和地壳加厚事件与北喜马拉雅穹隆、高喜马拉雅主体、前陆地区飞来峰等地区的记录一致，表明初始碰撞 后喜马拉雅的中上地壳长英质岩石被埋藏至 以下，发生了广泛的整体性堆叠加厚，部分地区达到了部分熔融条件。（）始新世中期的地壳加厚事件与喜马拉雅内陆残留海最终退却的时间一致，是喜马拉雅山脉初始隆升的诱因，喜马拉雅山脉经历了自始新世中期以来的长期地壳堆叠和稳态隆升过程。谨以此文纪念希夏邦马峰首次登顶暨科学考察研究六十周年。年 月 日上午 时 分，由国家体育运动委员会组织的登山队 名队员首次登顶海拔 的希夏邦马峰（许竞、王富洲、张俊岩、邬宗岳、陈三、索南多吉、成天亮、米马扎西、多吉、云登）；同年，在登山队内建立了科学考察队，由施雅风和刘东生先生任正、副队长，采集了高山栎化石、片麻岩、花岗岩等大量珍贵样品，开启了喜马拉雅山脉隆升历史研究的先河。致谢感谢丁慧霞副教授、钱加慧副教授和廖小莹副教授三位老师和俞良军副主编对本文的认真审阅和提供的宝贵建议。，：，（）：，（）：，：，（）：，（）：，（）：，：，：，“”：，（）：，：，（），：，：，（）：（）：（），（）：，（）：，（）：，：，：，：，（）：，：，（）：，（）：，；，（）：，“”，（）：，：，（）：，（）：，（，），（）：，（）：，王佳敏等：希夏邦马峰地区始新世地壳加厚和隆升过程 （）：，：，：，（）：，：，（），：，（）：，：，：，：，：，：，（）：，：，：，：，（）：，（）：，（）：，（），：，（）：（），（）：，：，（）：，：？，（）：（），（）：？，（）：，（）：，（）：，（）：，（）：，（）：，（）：，（）：，（，），（）：，（，），（）：，（）：，（）：，：，（）：，：，（）：，（）：（），（）：，（）：，：，（）：，（）：，（）：，（）：岩石学报 ，（）：，：，（）：，（，）：，（）：，：，：，：，：，（）：，：，：，：，（）：，：，：，：，（）：，（）：，（）：，（）：，（）：，（）：“”，（）：（），（）：，（），（）：（），：，（）：（）附中文参考文献李璞，戴?谟，张梅英，洪阿实 西藏希夏邦马峰地区岩石绝对年龄数据的测定科学通报，（）：刘静，刘丛强，陈喜，徐胜，徐海，王礼春 圈层相互作用：深部过程如何影响表层地球系统？地球科学，（）：施雅风，刘东生 希夏邦马?地区科学考察初步报告科学通报，（）：徐仁 西藏南部珠穆朗玛峰地区植物化石的发现及其意义植物学报，（）：岳乐平，邓涛，张睿，张兆群，王建其，杨利荣 西藏吉隆 沃马盆地龙骨沟剖面古地磁年代学及喜马拉雅山抬升记录地球物理学报，（）：中国希夏邦马峰登山队科学考察队 希夏邦马峰地区科学考察报告北京：科学出版社中国希夏邦马峰科学考察队 希夏邦马峰科学考察图片集北京：科学出版社周浙昆，杨青松，夏珂 栎属高山栎组植物化石推测青藏高原的隆起科学通报，（）：王佳敏等：希夏邦马峰地区始新世地壳加厚和隆升过程