喜马拉雅-青藏高原造山带是全球规模最大、海拔最高的陆内造山系统，其形成与演化过程中的岩浆活动与造山过程具有极为密切的联系。大地电磁测深显示青藏高原的岩石圈地幔到上地壳普遍存在着高导层，尤其在下地壳存在着显著的高导异常结构（高达0.3 S/m），推测可能是有熔体存在造成的。但是目前对于造成如此高的电导率异常的熔体成分仍不清楚。造山带中的超钾质岩浆活动与深部壳幔相互作用紧密相关，通常被认为是造山演化晚期的重要地质响应。这类岩浆源于岩石圈地幔，与深部动力学过程有关，例如俯冲板片撕裂或岩石圈拆沉等。这些深部过程不仅控制了岩浆的形成与成分特征，也对上覆地壳的热结构与流变性质产生重要影响。

针对上述科学问题及研究现状，我校科学研究院博士生韩泽华在科学研究院王瑞教授和中国科学技术大学郭璇特任教授的联合指导下，联合法国奥尔良大学、国家科学研究中心、ISTO研究所的Fabrice Gaillard教授以及中国科学技术大学倪怀玮教授，为了探究造山带地壳深度范围内高导异常的原因，在实验室采用高温高压电导率实验的方法开展了含水超钾质熔体的实验研究，并取得以下认识：

（1）通过高温高压电导率实验，在973–1773 K和0.5–1.5 GPa条件下测定了水含量为0.01–6.31 wt%的超钾质熔体电导率。实验结果显示，该类熔体的电导率总体表现出随温度升高而增加、随压力增大而降低、随水含量增加迅速提高的特征。基于实验数据，建立了电导率随温度、压力及水含量变化的经验模型：

其中，σ（S/m）表示熔体电导率，w为水含量（wt%），T为绝对温度（K），P为压力（GPa）。该模型适用于973–1773 K、0.5–1.5 GPa及0–8 wt% H₂O的条件范围。水对超钾质熔体电导率具有较强的提升作用，水含量与超钾质熔体之间呈现对数关系，这与除Na⁺以外的其他阳离子（K⁺，Ca²⁺，Mg²⁺）对超钾质熔体电导率的显著贡献有关。

（2）通过结合喜马拉雅-青藏高原地区的岩石学约束与大地电磁测深结果，对熔体分数及动力学背景进行了综合解析。本研究计算表明，下地壳中观测到的高导异常可以解释为存在7–15 vol%含水超钾质熔体导致（H₂O含量约为2.5–6 wt%）。在此基础上提出，印度板片在俯冲过程中发生撕裂是诱发超钾质岩浆形成的关键动力学机制。

（3）基于大地电磁测深与高温高压电导率实验数据的综合约束，建立了一个适用于青藏高原的自岩石圈地幔至上地壳的垂向分带熔体体系模型。超钾质熔体上侵向上提供了热输入，诱发上覆地壳发生部分熔融，产生以花岗质熔体为主的长英质岩浆体系，进而主导中–上地壳的电导率异常。这一由超钾质熔体驱动的深部–浅部耦合过程，不仅在电性结构上表现为明显的垂向分带特征，也在动力学上导致岩石圈整体强度降低，促进区域性伸展变形。因此，超钾质岩浆作用及其相关的高导异常，可被视为喜马拉雅-青藏高原造山过程由挤压向伸展转化的重要地球物理与岩石学标志，为识别造山带演化晚期阶段提供了关键约束。

该研究测定含水超钾质熔体电导率并建立定量模型，解决了前人用大地电磁测深估算熔体分数和水含量明显高于地震波约束的矛盾，揭示印度板片撕裂是产生超钾质岩浆的关键动力学机制。建立了喜马拉雅-青藏高原的地壳熔体模型，指示喜马拉雅-青藏高原造山带进入伸展阶段。

图1 （a）喜马拉雅-青藏高原造山带构造与地球物理背景图，展示了超钾质岩石的空间分布、高导异常区（35–65 km深度范围内电导率≤ 0.3 S/m）、以及主要板片撕裂带（据Hou et al.，2023；Jin et al.，2022修改）。图中高导异常与板片撕裂结构在空间上的对应关系，暗示软流圈物质上涌及相关热输入可能在控制地壳导电结构及岩浆活动中发挥关键作用。（b）拉萨地体内超钾质岩浆活动的东西向年龄变化特征。数据显示其年龄整体呈现自西向东逐渐变新的趋势，反映出岩浆活动在空间上的迁移过程，可能与板片撕裂的时空演化及软流圈上涌的传播方向密切相关。（c）青藏高原超钾质岩浆活动的纬向（南北向）与经向（东西向）年龄分布特征。基于Guo and Wilson（2019）汇编的数据（不同深浅绿色点代表不同地体的样品），将样品年龄分别投影到经度与纬度剖面上。结果表明，超钾质岩石的年龄总体表现为由青藏高原中部向南（拉萨地体）及向北（松潘-甘孜地体）逐渐变年轻的趋势，揭示了岩浆活动在南北两个方向上的双向迁移特征。这种系统性的时空分布规律，为理解深部动力学过程（如板片撕裂、岩石圈减薄及软流圈上涌）提供了重要约束

图2 （a）不同类型熔体中H₂O含量对电导率影响的对比关系图，包括超钾质熔体（玄武质粗面安山质熔体，本研究；粗面安山质熔体（Li et al., 2020））、安山质熔体（Guo et al., 2017）以及流纹质熔体（Guo et al., 2016）。该图展示了挥发分（尤其是H₂O）在不同成分熔体中对电导率的增强作用及其差异性。（b）–（c）青藏高原地壳中熔体电导率及熔体比例随深度变化的模型结果。计算结果表明，在上–中地壳范围内，为解释观测到的高导异常，需要较高比例的流纹质熔体参与；而在中地壳中，不同类型熔体（含水超钾质、安山质及流纹质熔体）的混合作用可共同导致高导异常的形成。相比之下，在下地壳条件下，由于超钾质熔体本身具有较高的电导率，仅需较低的熔体比例即可产生与地球物理观测相当的高导异常。该结果表明，不同深度范围内高导异常的成因具有明显的成分依赖性，反映了岩浆体系从深部向浅部演化过程中熔体组成及其物理性质的系统变化，为理解青藏高原地壳电性结构及其与岩浆过程之间的联系提供了重要约束

图3 印度岩石圈板片撕裂及喜马拉雅–青藏高原造山作用后期岩浆活动的模型图（缩写见图1）。多项地质与地球物理研究已经揭示了印度岩石圈板片撕裂的存在（Hou et al.，2006，2023；Li et al.，2018；Wang et al.，2022）。由俯冲的印度板片撕裂所触发形成的超钾质熔体会削弱其上覆的厚地壳。随后，这些超钾质熔体上升并在下地壳汇聚，诱发上覆厚地壳发生富水熔融，从而形成富水花岗质岩浆以及淡色花岗岩。这种大规模的地壳熔融过程很可能标志着岩石圈伸展作用的发生，并指示喜马拉雅-青藏高原造山过程进入伸展阶段

该研究得到了国家自然科学基金关键金属重大研究计划集成项目（92462304）、国家自然科学基金项目（42222203）、国家重点研发计划（2022YFF0800902）、中央高校基本科研业务费（246 2652023001和2-9-2023-202）、教育部111引智基地项目（B18048）、法国国家研究总署（ANR-24-CE49-6543）的联合资助。研究成果发表在《GEOLOGY》上：Han, Z. (韩泽华), Wang, R.* (王瑞), Guo, X.* (郭璇), Gaillard, F., Ni, H. (倪怀玮) Hydrous ultrapotassic melts and trans-lithospheric weakening of Himalayan-Tibetan orogenesis. Geology 2026; https://doi.org/10.1130/G54026.1

全文链接：https://doi.org/10.1130/G54026.1