藏南米拉山地区中新世埃达克质岩石的年代学、地球化学和成因*

2021-11-29孙浩哲赵志丹朱弟成刘栋王青唐演齐宁远董国臣

岩石学报 2021年11期

孙浩哲赵志丹朱弟成刘栋王青唐演齐宁远董国臣

中国地质大学地质过程与矿产资源国家重点实验室，中国地质大学地球科学与资源学院，北京 100083

由于新特提斯洋壳的俯冲和断离以及印度大陆与欧亚大陆的碰撞造山作用，青藏高原广泛发育同碰撞和碰撞后岩浆活动，其中以拉萨地块南部的冈底斯带的岩浆作用最为强烈(Allègreetal.,1984;Yin and Harrison,2000;莫宣学,2011)。随着印度大陆-亚洲大陆碰撞的完成以及印度大陆的俯冲，青藏地区迅速隆升，同时引发了青藏高原碰撞后始新世-中新世岩浆活动。

始新世-中新世埃达克质岩石是一类广泛分布于藏南拉萨地块碰撞后岩浆岩。Chungetal.(2003)首次在冈底斯岩基中发现中新世埃达克质侵入岩，此后在冈底斯带陆续发现了类似的岩石组合(Chungetal.,2009;Lietal.,2011;Guanetal.,2012;Zhengetal.,2012;Houetal.,2015;陈希节等,2014;Wangetal.,2015;徐倩等,2019;洪宇飞等,2020)。尽管前人对藏南拉萨地块埃达克质岩浆活动的研究取得了许多成果，但诸多学者对藏南埃达克质岩浆岩的成因机制仍然有许多不同的认识，包括：俯冲板片熔体交代的富集地幔部分熔融(Gaoetal.,2007,2010)；加厚的镁铁质下地壳的部分熔融(Chungetal.,2003)，俯冲的印度大陆部分熔融(Xuetal.,2010)等。

与碰撞后岩浆作用相关的还有青藏高原的地壳增厚过程。对拉萨地块埃达克质岩的研究表明，青藏高原地壳的增厚作用早在始新世就已有所体现(Jietal.,2012)。青藏高原的巨厚地壳的形成包括构造加厚的作用和幔源物质底侵加厚的作用(莫宣学,2020)，其中岩浆底侵作用体现为含水地幔楔熔融形成的镁铁质岩浆底侵到Moho面附近形成新生下地壳，从而导致了地壳的增厚(Petford and Atherton,1996)。除此之外，含水的俯冲洋壳板片的熔体也可以底侵到Moho面附近，形成新生地壳(Moetal.,2008)。

碰撞后埃达克质岩、钾质-超钾质岩浆岩作为岩浆作用的产物，它们可用于探索岩石圈物质组成，并为反演青藏高原深部地球动力学过程提供约束(Turneretal.,1996;Williamsetal.,2004;Moetal.,2008)。碰撞后岩浆作用与地壳的增厚作用息息相关，碰撞后岩浆岩作为碰撞后岩浆作用的记录，对于理解地壳的增厚机制来说至关重要。本文选择了米拉山地区近年来新识别出的中新世埃达克质岩，开展岩石学、全岩地球化学、锆石U-Pb年代学及锆石Lu-Hf同位素研究，讨论其成因机制、源区的组成，进而揭示相关的深部动力学过程和壳幔相互作用。

1 地质背景及岩石特征

1.1 地质背景

青藏高原是一系列块体拼接而成(Yin and Harrison,2000;Zhuetal.,2013)，自北向南可分为松潘甘孜地块、羌塘地块、拉萨地块和喜马拉雅造山带。拉萨地块位于印度大陆以北，羌塘地块以南，南部雅鲁藏布缝合带(YZSZ)与北部班公湖怒江缝合带(BNSZ)分别构成了拉萨地块的南北构造界限(图1a)。在拉萨地块内部存在两个次级构造界限：洛巴堆-米拉山断裂(LMF)和狮泉河-纳木错混杂岩带(SNMZ)，将整个拉萨地块分成南拉萨地块、中拉萨地块和北拉萨地块。大量中生代-新生代岩浆岩中的锆石Hf同位素数据表明，南拉萨地块和北拉萨地块以新生地壳为主，具有正的锆石εHf(t)值；中拉萨地块的中生代岩浆岩则以负的锆石εHf(t)值和古老Hf同位素年龄为主，暗示中拉萨地块可能存在古老的结晶基底(Zhuetal.,2011;朱弟成等,2012)。

图1 拉萨地块的构造简图及研究区位置(a,据Liu et al.,2014b修改)和米拉山研究区地质简图(b,据谢尧武等,2006;张博川等,2019修改)STDS-藏南拆离系；MBT-主边界断层；MCT-主中央断层；IYZS-雅鲁藏布缝合带；LMF-洛巴堆-米拉山断裂；SNMZ-狮泉河-纳木错蛇绿混杂岩带；BNS-班公湖-怒江缝合带Fig.1 Simplified tectonic maps of Lhasa terrane and study area (a,modified after Liu et al.,2014b)and of Milashan area (b,modified after Zhang et al.,2019)

冈底斯弧位于拉萨地块南部，是新特提斯大洋岩石圈俯冲产生的中生代岩浆弧，并叠加了同碰撞时期产生的岩浆岩(张泽明等,2019)。不仅如此，随着印度大陆与亚欧大陆碰撞后的汇聚，在冈底斯弧中还广泛分布碰撞后钾质-超钾质及埃达克质岩浆岩，使得冈底斯弧成为一条大型的复合大陆岩浆弧。中新世埃达克质岩由少量岩墙、岩席和熔岩组成，空间上构成了一条平行于雅鲁藏布缝合带的埃达克质岩带(Lietal.,2017)。锆石U-Pb、39Ar-40Ar测年表明，大多数碰撞后埃达克质岩年龄为26～9Ma(Gaoetal.,2007;Guoetal.,2007;Houetal.,2004;Xuetal.,2010;Chenetal.,2011;徐倩等,2019;洪宇飞等,2020)。拉萨地块不同位置的埃达克质岩具有不同的地球化学性质，并且在拉萨地块西部(以89°E为界限)，碰撞后埃达克质岩与钾质-超钾质岩浆共同出露，而在拉萨地块东部则缺少超钾质岩浆的记录(刘栋,2017;张博川等,2019)。

米拉山研究区位于拉萨地块东部，洛巴堆—米拉山断裂(LMF)以南，属于南拉萨地块。据泽当镇幅1:250000地质图(谢尧武等,2006(1)谢尧武,彭兴阶,段国玺等.2006.泽当镇幅(H46C003002)1:25万区域地质调查报告)，研究区出露地层以林子宗火山岩为主，包括典中组、年波组与帕那组。其中典中组与下伏上白垩统设兴组呈角度不整合接触关系，岩性为安山岩夹英安质火山角砾岩、集块岩及凝灰岩；年波组呈喷发不整合覆盖于典中组之上，主要岩性为安山质熔岩、英安流纹岩、英安岩、凝灰岩夹多层砂岩、砾岩；帕那组喷发不整合覆盖于年波组之上，岩性为紫红色流纹质熔结凝灰岩、火山角砾岩夹流纹英安岩，上部为紫红色岩屑砂岩。张博川等(2019)在区内新识别出中新世含火山岩地层，岩性包括英安岩、流纹岩、火山碎屑岩、黑曜岩和岩屑砂岩(图1b),获得了17.2～18.2Ma的年龄；周桐等(2021)也对米拉山地区中新世火山岩展开了年代学和地球化学工作，获得了16～18Ma的年龄数据。

1.2 岩石学特征

米拉山火山岩主要为英安岩、流纹岩，具有斑状结构、块状构造，显微镜下可见多数矿物表面有裂纹，并且长柱型矿物排列具有一定的定向性。

其中，英安岩(图2a,b)的斑晶含量约35%，包括钾长石、斜长石、石英。斜长石呈半自形-自形板状，粒度为0.5～2mm，表面发生绢云母化蚀变，有的发生破碎，占斑晶的40%；石英呈尖角状，粒度为0.5～2mm,含量占35%；钾长石呈半自形-自形板状，粒度为0.5～2mm，可见卡式双晶，表面有蚀变，含量占25%。含有少量岩屑，内部为粒状石英(图2a)。流纹岩(图2c,d)的斑晶含量约40%，包括石英、斜长石、钾长石、黑云母。石英呈尖角状，粒度为0.5～1.5mm，个别可达2mm以上，表面有大量裂纹，含量约占25%；斜长石呈板状，粒度为1～2mm，表面有大量裂纹并发生破碎，发育聚片双晶及生长环带，含量约占40%；钾长石呈磨圆状，粒度为0.5～2mm，表面有大量裂纹，可见有卡式双晶，含量占25%；黑云母呈长条状，可见一组极完全解理，并且发生破碎变形，含量占5%。基质为隐晶质-微粒结构。

图2 米拉山中新世火山岩显微照片(a、b)英安岩；(c、d)流纹岩.Q-石英；Pl-斜长石；Bi-黑云母；Kfs-钾长石Fig.2 Photomicrographs of Miocene volcanic rocks from Milashan area(a,b)dacite;(c,d)rhyolite.Q-quartz;Pl-plagioclase;Bi-Biotite;kfs-K-feldspar

2 实验方法

2.1 主量、微量元素

样品的粉碎挑选在河北省廊坊地质矿产调查研究所实验室完成。选取新鲜样品，去除风化面，粉碎至200目以上用于主量、微量元素分析。

样品的主量元素测试是在中国地质大学(北京)科学研究院ICP-OES超净实验室，使用ICP-OES完成。具体操作流程可参考郭振华(2012)。样品的微量元素是在中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室采用ICP-MS分析测定，测定过程中使用的标准物质为AGV-2、BHVO-2、BCR-2、RGM-2，分析精度优于5%～10%。制样方法详细内容可参阅参考文献Liuetal.(2008)。

2.2 锆石U-Pb定年及原位Lu-Hf同位素分析

锆石的挑选以及阴极发光显微照相是在北京锆石领航科技有限公司完成的。在避免污染的条件下将样品粉碎后淘洗，采用电磁选和重液分选后在双目镜下挑选无明显裂痕且晶型较好的锆石，将其制成环氧树脂样品靶，经打磨抛光使锆石中心部位露出，进行透射光、反射光和阴极发光(CL)显微照相。

锆石U-Pb测年和锆石微量元素测试工作均在中国地质大学(北京)矿物激光微区分析实验室完成。使用的激光剥蚀系统为New Wave 193UC型ArF准分子激光器，使用的电感耦合等离子质谱(ICP-MS)为Angilent 7900。实验过程中采用NIST610作为元素含量外标，采用锆石91500(Wiedenbecketal.,2004)作为U-Pb同位素比值外标，采用锆石GJ-1(Jacksonetal.,2004)和Plesovice(Slámaetal.,2008)作为未知样品数据质量监控标来进行分析。实验采用剥蚀斑束直径为35μm，实验过程每隔6个数据点用2个91500、GJ-1标准样品进行校正，样品信号积分区间为35s。本文采用软件 ICP-MS DataCal(Liuetal.,2010)完成数据离线处理，采用Isoplot进行锆石U-Pb年龄谐和图绘制和MSWD的计算,同位素比值及年龄误差均为1σ。

3 分析结果

3.1 全岩主、微量元素地球化学

本文对9件样品进行了全岩主量、微量元素地球化学测试，结果汇总于表1中。

表1 米拉山中新世火山岩的主量(wt%)和微量(×10-6)元素含量Table 1 Whole rock major (wt%)and trace (×10-6)elements of the Milashan Miocene volcanic rocks

续表1Continued Table 1

由于样品经历了一定程度的蚀变，样品总体的烧失量比较高(0.92%～4.86%)。主量元素在应用之前已去除烧失量，并换算至100%。除去样品RD1504具有稍低的SiO2含量(59.89%)，其他样品均具有较高的SiO2含量(64.11%～71.78%)，属于中酸性岩类。样品的MgO含量整体偏低，除去样品RD1504的MgO含量为1.95%外其余样品均在0.46%～0.97%之间。样品的Mg#整体偏低(22.2～43.4)，其中RD1508的Mg#为22.2，其余样品的Mg#在32.3～43.4之间。样品RD1501-RD1509的K2O/Na2O比值在0.56～1.63之间，其中RD1501-RD1504的K2O/Na2O值为0.56～0.87，显示相对富钠的特征，而RD1505-RD1509的K2O/Na2O值为1.02～1.63，显示相对富钾特征。在TAS图解中(图3a)，样品RD1501、RD1502落入英安岩区域，样品RD1504落入粗面英安岩区域(石英含量>20%)，样品RD1503、RD1505-RD1509则落入流纹岩区域。在K2O-SiO2图解(图3c)中，除RD1502英安岩样品落入中钾钙碱系列区域外，其他样品均落入高钾钙碱系列区域。在K2O-Na2O图解(图3b)中，样品均落入钾玄质岩石区域内。在A/NK-A/CNK(图3d)中，只有样品RD1504粗面英安岩落入准铝质系列范围(A/CNK=0.94,A/NK=1.60)，其余样品均属于过铝质系列。RD1501-1504具有相对高的CaO(2.49%～3.81%)、TiO2(0.37%～0.59%)及Al2O3(15.77%～16.31%)含量，而RD1505-1509总体具有相对较低的CaO(1.49%～1.95%)、TiO2(0.26%～0.29%)和Al2O3(13.54%～14.39%)。

图3 米拉山中新世火山岩主量元素判别图解(a)硅-碱图解(据Le Maitre,1989)；(b)K2O-Na2O图解；(c)K2O-SiO2图(据Rickwood,1989)；(d)A/NK-A/CNK图.拉萨地块东部埃达克质岩据Chung et al.,2003;Guo et al.,2007;Li et al.,2011;Chen et al.,2011;赵志丹等,2001；拉萨地块西部埃达克质岩据Miller et al.,1999;Guo et al.,2007;王保弟等,2008;Chen et al.,2011;于枫等,2015.图4、图8数据来源同此图Fig.3 Discriminant diagrams of major elements of Milashan Miocene volcanic rocks(a)Total alkalis vs.silica (after Le Maitre,1989);(b)K2O vs.Na2O diagram;(c)K2O vs.SiO2 diagram (after Rickwood,1989);(d)A/NK vs.A/CNK diagram.Data of adakitic rocks in eastern Lhasa (Chung et al.,2003;Guo et al.,2007;Li et al.,2011;Chen et al.,2011;Zhao et al.,2001)and western Lhasa (Miller et al.,1999;Guo et al.,2007;Wang et al.,2008;Chen et al.,2011;Yu et al.,2015)are plotted as well.Data sources of Fig.4 and Fig.8 are the same as this figure

米拉山钙碱性火山岩具有较低的稀土元素含量，∑REE=102.5×10-6～153.3×10-6。样品的球粒陨石标准化后的稀土元素配分图显示为右倾型曲线(图4b)，球粒陨石标准化后的(La/Yb)N比值在21.77～29.69之间，表明样品的轻稀土元素相对富集、重稀土元素相对亏损，轻、重稀土元素分异明显。此外，样品显示弱的Eu负异常(δEu=0.82～0.87)。原始地幔标准化不相容元素配分图(图4a)表明样品富集Rb、Th、U、K、Pb等元素，亏损Nb、Ta、Ti等高场强元素，大离子亲石元素Ba也呈现了负异常。样品的Sr含量(388×10-6～804×10-6)较高，Y(6.55×10-6～11.20×10-6)，Yb(0.70×10-6～1.07×10-6)含量较低，具有较高的Sr/Y比值(51.44～80.49)。

图4 米拉山中新世火山岩原始地幔标准化微量元素蛛网图(a)和球粒陨石标准化稀土元素配分图(b)(标准化值据Sun and McDonough,1989)Fig.4 Primitive mantle-normalized trace-element spidergrams (a)and chondrite-normalized REE patterns (b)of the Milashan area (normalizing data from Sun and McDonough,1989)

3.2 锆石U-Pb 定年结果

本文对南部拉萨地块米拉山地区的8件中新世火山岩样品进行锆石U-Pb定年和Lu-Hf同位素分析，相关数据汇总于表2、表3中。从米拉山中新世火山岩中分离出的锆石大多发生不同程度的破碎，破碎程度较低的锆石主要呈半自形-自形粒状或长柱状，长柱状锆石的长宽比为1.5:1～3:1,内部具有清晰的震荡环带。米拉山火山岩的锆石展现出相对较高的Th、U含量，Th/U比值在0.56～1.95之间，具有明显的Ce正异常、Eu负异常和富集的HREE(图5a)，说明样品锆石属于岩浆锆石(Hoskin,2003)。

图5 米拉山中新世火山岩锆石球粒陨石标准化稀土元素配分图(a,据Boynton,1984)和U/Yb-Y图(b,据Grimes et al.,2007)Fig.5 Chondrite-normalized REE patterns (a,normalizing data from Boynton,1984)and U/Yb vs.Y diagram (b,after Grimes et al.,2007)for zircons in Milashan volcanic rocks

本文对8件样品进行了锆石U-Pb定年，具体数据见表2。所有样品的定年数据点均落在谐和线附近(图6)。其中，样品RD1502在剔除不和谐年龄点后的12个测点的206Pb/238U加权平均年龄为20.38±0.28Ma(n=12,MSWD=1.5)；样品RD1503在剔除不和谐年龄点后的的206Pb/238U加权平均年龄为18.47±0.21Ma(n=10,MSWD=0.54)；样品RD1504在剔除不和谐年龄点后的206Pb/238U加权平均年龄为16.10±0.16Ma(n=14,MSWD=0.20)；样品RD1505在剔除不和谐年龄点后的206Pb/238U加权平均年龄为16.82±0.11Ma(n=16,MSWD=0.26)；样品RD1506、RD1507、RD1508、RD1509在剔除不和谐年龄点后的206Pb/238U加权平均年龄为分别为17.34±0.17Ma(n=12,MSWD=0.19)、17.05±0.18Ma(n=14,MSWD=2.0)、16.73±0.16Ma(n=16,MSWD=0.23)、16.68±0.13Ma(n=15,MSWD=0.5)。样品RD1504-RD1509显示出～17Ma的火山活动记录，样品RD1502-RD1503则说明可能还存在有ca.18～20Ma的火山活动。

表2 西藏米拉山中新世火山岩的锆石LA-ICPMS U-Pb定年结果Table 2 Zircon LA-ICPMS U-Pb data of the Miocene volcanic rocks in Milashan,Tibet

续表2Continued Table 2

图6 米拉山中新世火山岩锆石锆石U-Pb协和图Fig.6 U-Pb concordia diagrams of the Milashan volcanic rocks

3.3 锆石Hf同位素

表3 米拉山中新世火山岩的锆石Hf同位素组成Table 3 Zircon Hf isotopic compositions of the Miocene volcanic rocks in Milashan

续表3Continued Table 3

4 讨论

4.1 岩石成因

米拉山火山岩的SiO2与Ti、P等主量元素之间存在良好的线性关系(图7)，说明该地区样品间存在成因联系。米拉山地区三种岩性的样品具有相近的锆石εHf(t)范围和微量元素(图4)组成，说明三种岩性的火山岩源区是一致的，而锆石εHf(t)的范围不随样品SiO2的含量变化而变化，表明岩浆演化过程中并没有富集组分的加入，样品受到地壳混染的影响较小。因此考虑米拉山地区火山岩样品之间的演化关系是由分离结晶作用产生的。TiO2、P2O5和SiO2之间的负相关关系显示Ti-Fe氧化物和磷灰石的分离结晶。角闪石对MREE的分配系数高于HREE，因此低压条件下角闪石分离结晶可以使Dy/Yb比值降低和La/Sm比值升高，而石榴子石在高压条件下的分离结晶会导致Dy/Yb比值和La/Sm比值同时升高(吴昌炟,2019)。米拉山中新世火山岩随着SiO2值的升高出现Dy/Yb比值降低和 (La/Sm)N比值升高，符合角闪石分离结晶的特征(图7c,d)。角闪石分离结晶也可以解释米拉山火山岩MREE含量随着演化程度提高出现降低的趋势(图4b)。

图7 米拉山火山岩SiO2-TiO2 (a)、SiO2-P2O5 (b)、Dy/Yb-SiO2 (c)和La/Sm-SiO2 (d)图解米拉山埃达克质岩据张博川等，2019；周桐等，2021Fig.7 Diagrams of SiO2 vs.TiO2 (a),SiO2 vs.P2O5 (b),Dy/Yb vs.SiO2 (c)and La/Sm vs.SiO2 (d)for Milashan volcanic rocksData source of Milashan adakitic rocks from Zhang et al. (2019);Zhou et al. (2021)

米拉山中新世火山岩具有高SiO2含量(SiO2=59.89%～71.78%)，较高Al2O3含量(Al2O3=13.54%～16.31%)和低MgO含量(MgO<3.0 %)，高Sr含量(388×10-6～804×10-6)，低的Y(6.55×10-6～11.20×10-6)和Yb含量(0.70×10-6～1.07×10-6)，以及较高的Sr/Y值(51.44～80.49)，高LREE/HREE比值(La/Yb)，亏损高场强元素Nb、Ta、Ti及缺乏明显负Eu异常的特点，表明样品RD1501-RD1509具有埃达克质岩石的特征。在Sr/Y-Y图(图8a)以及(La/Yb)N-YbN图(图8b)中，米拉山中新世火山岩也落入埃达克岩的范围内。

图8 米拉山中新世火山岩的Sr/Y-Y图解(a)与(La/Yb)N-YbN图解(b)(据Defant and Drummond,1990;Petford and Atherton,1996)Fig.8 Sr/Y vs.Y diagram (a)and (La/Yb)N vs.YbN diagram (b)of Milashan Miocene volcanic rocks (after Defant and Drummond,1990;Petford and Atherton,1996)

埃达克质特征可以由多种途径获得。目前，关于埃达克质岩的成因，有如下几种观点：(1)俯冲洋壳的部分熔融(Defant and Drummond,1990)；(2)俯冲洋壳板片交代的地幔的部分熔融(Gaoetal.,2007)；(3)拆沉下地壳部分熔融(Kayetal.,1994;Defantetal.,2002)；(4)俯冲的印度大陆下地壳部分熔融(Xuetal.,2010)；(5)加厚下地壳的部分熔融(Chungetal.,2003;Houetal.,2004)。

俯冲洋壳部分熔融成因的埃达克质岩一般在岛弧环境下产出，起源于俯冲洋壳的埃达克质岩浆往往会与上覆地幔楔发生交代作用，使之具有相对较高的MgO含量、Mg#和相容元素的含量。米拉山中新世火山岩整体具有低的MgO，低Mg#，低的相容元素含量(图9),不符合俯冲板片成因的埃达克质岩的特点。并且，米拉山埃中新世火山岩具有16.1±0.2Ma到20.4±0.3Ma的年龄，此时新特提斯洋板片的俯冲作用早已终止。俯冲新特提斯洋壳板片交代的拉萨地块岩石圈地幔部分熔融产生的埃达克质岩同样会具有相对高的MgO含量、Mg#和相容元素的含量，这与米拉山埃达克质岩整体相对较低的MgO含量、Mg#和相容元素的含量(图9)不一致。此外，米拉山中新世火山岩的锆石具有相对高的U/Yb值和相对低的Y值，落入陆壳锆石范围内(图5b)，也表明这些锆石起源于大陆地壳，因此排除米拉山埃达克质岩形成于俯冲洋壳部分熔融或俯冲板片交代的岩石圈地幔部分熔融的可能。

图9 米拉山中新世火山岩MgO-SiO2图解(a)、Mg#-SiO2图解(b)、Ni-Mg#图解(c)和Ni-Cr图解(d)(据Karsli et al.,2010;Zhu et al.,2009;Condie,2005;Stern and Kilian,1996)Fig.9 MgO vs.SiO2 (a),Mg# vs.SiO2 (b),Ni vs.Mg# (c)and Ni vs.Cr (d)diagrams of Milashan volcanic rocks (after Karsli et al.,2010;Zhu et al.,2009;Condie,2005;Stern and Kilian,1996)

拆沉下地壳部分熔融也可以形成埃达克质岩浆(Kayetal.,1994)。当大陆地壳变得足够厚时，下地壳会转变为密度更大的榴辉岩相，因此发生拆离并沉入地幔中。拆沉过程会导致下地壳与相对热的地幔接触，使拆沉的下地壳发生部分熔融并产生埃达克质岩(Defantetal.,2002)。但是，拆沉下地壳部分进入到岩石圈地幔发生熔融，产生的熔体在上升过程中与地幔橄榄岩发生反应，从而导致熔体MgO含量、Ni、Cr等相容元素含量的增加。这与米拉山火山岩样品整体低MgO，Mg#和低相容元素含量的特点不一致(图9)。

俯冲的印度大陆下地壳的部分熔融也可以产生埃达克质岩(Xuetal.,2010)。俯冲陆壳产生的熔体在上升过程中也会不可避免地与上覆地幔楔发生反应，使熔体的MgO含量、Mg#以及相容元素含量的增加(Liuetal.,2014b)。印度大陆地壳部分熔融产生的熔体具有极低的锆石εHf(t)值(<-10)(Zengetal.,2011,2015)，而米拉山埃达克质岩具有正的锆石εHf(t)值(图10)。因此排除俯冲印度大陆下地壳部分熔融产生埃达克质岩的情况。

图10 米拉山中新世火山岩锆石εHf(t)-U-Pb年龄图古新世冈底斯岩基据Chu et al. (2006);新生下地壳埃达克质岩据Chung et al. (2009),Li et al. (2011)Fig.10 εHf(t)vs.U-Pb ages of zircons from Milashan volcanic rocksThe Paleocene Gangdese batholith is from Chu et al. (2006);the adakitic rocks derived from juvenile lower crust are from Chung et al. (2009),Li et al. (2011)

加厚镁铁质下地壳的部分熔融可以形成具有低的MgO含量、Mg#以及相容元素含量的埃达克质岩(Chungetal.,2003)。高温高压熔融实验证明金红石的残留会导致埃达克质岩浆亏损Nb、Ta、Ti(Xiongetal.,2005)，而金红石稳定的最小压力约为1.5GPa，代表部分熔融的深度应大于45～50km。在中新世时期，拉萨地块岩石圈已经发生明显的增厚(Chungetal.,2009)，具有产生埃达克质岩的条件。米拉山埃达克质岩亏损HREE和Y，具有较高的Sr/Y和La/Yb值，表明源区有角闪石和石榴子石残留(Rappetal.,2002;Xiongetal.,2005)；缺乏Eu负异常说明残留相贫斜长石。由于重稀土元素相对石榴子石是相容元素，石榴子石的残留会导致形成的熔体具有倾斜的HREE模式，Y/Yb值明显大于10，而角闪石残留则会使熔体的HREE呈相对平坦的配分模式，其Y/Yb值在10左右(高永丰等,2003)。米拉山埃达克质火山岩具有较平坦的HREE模式(图4b)，并且Y/Yb值为8.68～12.44，表明角闪石可能是主要的残留相。因此，本文认为米拉山埃达克质岩起源于加厚下地壳部分熔融，并且源区的残留相主要为角闪石+石榴石+金红石，斜长石含量较少。

4.2 新生下地壳的生长

米拉山火山岩的埃达克质特征来源于加厚的镁铁质下地壳的部分熔融。米拉山埃达克质岩具有正的εHf(t)值(+2.2～+7.8)(图10)，与古新世冈底斯岩基的锆石εHf(t)值相当，说明加厚的镁铁质下地壳是新生的下地壳，并且有新生的幔源物质的加入，使之具有正的εHf(t)值。王雄(2020)通过对林芝地区代表折返喜马拉雅中下地壳的石榴角闪岩进行熔融实验，发现石榴角闪岩单独熔融产生的熔体与拉萨地块埃达克质岩相比贫钾且相对贫LILE，但是在20%幔源岩浆加入后产生的熔体与埃达克质岩一致，并且对其他元素影响较小。这说明加厚下地壳源区产生拉萨地块埃达克质岩浆需要幔源岩浆的加入，进一步印证了幔源物质对新生下地壳生长的贡献，即新生下地壳形成过程中可能存在幔源玄武质岩浆的底侵作用(Zhuetal.,2013;Liuetal.,2014b)。

微量元素的比值可以反映新生下地壳经历的富集作用。LILE(Ba、Pb、Sr)等元素因板片脱水产生的含水流体而富集(Pearce and Peate,1995)，而Nb、Th、La等元素在沉积物的熔体中富集(Kelemenetal.,2007;Castillo and Newhall,2004)，因此这些微量元素及比值可以反映源区经历的富集过程。在Ba-Nb/Y图和Ba/Y-Nb/Y图中，米拉山火山岩变化范围较大的Nb/Y和变化范围较小的Ba、Ba/Y，显示熔体富集作用为主，流体富集作用也有体现(图11a,c)。变化大的Th/Yb比值和Ba/La值也表明熔体富集和流体富集的趋势均有体现(图11b)；变化较大Th/Yb值和变化较小的Sr/Nd比值同样说明主要为熔体加入源区(图11d)。因此，新生下地壳源区既有俯冲板片沉积物熔体的富集过程，同时流体的富集作用也有体现。一个可能的解释是残余的新特提斯俯冲洋壳熔体加入造成熔体和流体富集作用同时体现，这一过程可能发生在同碰撞过程中新生下地壳的生长过程。发生热液蚀变和水化的残余洋壳俯冲至深部，在角闪岩相发生含水熔融，形成同碰撞安山质熔体(Moetal.,2008;Niuetal.,2013)。残余的洋壳部分更靠近洋中脊，具有地幔的同位素特征，同碰撞安山质熔体继承了残余洋壳的地幔特征。并且，同碰撞安山质熔体也可以在保存在下地壳，导致地壳的净生长(Niuetal.,2013)。因此，本文认为米拉山火山岩所显示的板片熔体富集和流体富集的特征可能来自于同碰撞时期由残余水化的俯冲洋壳熔融产生的安山质熔体加入到下地壳的过程。

4.3 动力学意义

自始新世以来，拉萨地块就已经出现岩石圈加厚的特征(Maetal.,2014;Jietal.,2012;Liuetal.,2014a)。增厚的岩石圈会发生拆沉作用，导致软流圈地幔的上涌并加热大陆岩石圈地幔及下地壳并发生部分熔融，产生广泛分布于拉萨地块的碰撞后岩浆岩。

结合米拉山火山岩的源区特征，米拉山埃达克质火山岩成因包括两个阶段：首先是同碰撞时期新生下地壳的形成。俯冲洋壳板片的断离引发了地幔楔的部分熔融，产生镁铁质岩浆。同时，残余的新特提斯俯冲洋壳板片在角闪岩相条件下发生部分熔融，产生安山质熔体。这两种具有地幔特征的熔体通过底侵作用添加至Moho面附近并保存，形成新生下地壳。随着印度-亚欧大陆的持续汇聚，拉萨地块岩石圈由于挤压作用产生构造加厚。其次是碰撞后时期加厚下地壳的部分熔融过程。随着印度大陆与亚欧大陆碰撞以及印度大陆的俯冲，拉萨地块岩石圈的发生构造增厚，下地壳岩石也逐渐变质为麻粒岩相-榴辉岩相。加厚的岩石圈发生拆沉，引发软流圈物质的上涌和对流，拉萨地块东部的加厚下地壳被持续加热并发生部分熔融，岩浆沿着构造裂隙向上运移并喷发形成了米拉山埃达克质火山岩。这一过程同时也引发了米拉山断裂的活动。向树元等(2012)采用磷灰石裂变径迹年龄方法对米拉山断裂进行了研究，认为米拉山断裂在中新世开始快速隆升，断裂南侧在15.4Ma以及断裂北侧在17.7Ma的抬升速率远大于米拉山断裂在26.4Ma之前的抬升速率，并呈现南侧隆升快北侧隆升慢的特征，表明米拉山断裂在中新世发生了相对正断层活动。而米拉山中新世火山岩样品的具有16.1～20.4Ma的年龄，与米拉山断裂活动的时间一致。因此，本文认为米拉山埃达克质岩和米拉山断裂的活动同为岩石圈深部活动的结果。