喀喇昆仑断裂带与中央帕米尔热泉中氦同位素示踪：揭示地幔贡献与构造动力学机制

针对喀喇昆仑断裂带(KKF)在印度-亚洲板块汇聚中的作用争议，研究人员通过定量分析KKF北段热泉的氦(He)同位素系统学，揭示Kongur延伸系统(KES)并非KKF的延续，并发现中央帕米尔上地壳存在地幔来源岩浆房。该研究结合3He/4He(R/RA)示踪技术，为理解板块碰撞过程中的流体迁移与构造变形提供了新证据，发表于《Global and Planetary Change》。

　　

【研究背景】
青藏高原西缘的喀喇昆仑断裂带(KKF)是印度板块与欧亚板块碰撞的关键构造边界，但其在调节板块汇聚中的作用长期存在争议。传统观点分为两派：一派认为变形受控于岩石圈尺度的不连续滑移（如Avouac和Tapponnier模型），另一派主张变形分散于上地幔与脆性地壳（England-Molnar理论）。KKF的滑移速率、切割深度等参数尚未达成共识，而氦同位素(³He/⁴He)作为"地质指纹"，能有效区分地幔(R/R_A≈8)、地壳(R/R_A=0.01-0.05)和大气来源流体，为破解这一难题提供了新思路。

中国地质大学（武汉）领衔的研究团队对KKF北段(NKKF)热泉开展系统性采样，首次发现中央帕米尔存在地幔氦信号，结合区域岩浆活动史与热流数据，提出上-中地壳岩浆房模型，为理解高原扩张机制提供了关键证据。

【关键技术】
研究采集9个水样和1个气样，采用钢制管道近源取样避免大气污染，通过质谱分析He、Ne、Ar、Kr、Xe含量及同位素组成。运用一维稳态平流模型(Kennedy et al., 1997)计算地幔流体垂向运移速率，结合Rushan-Pshart缝合带(RPS)的地热异常与印度岩石圈地幔冷俯冲特征，综合评估氦迁移路径。

【研究结果】

1. 区域地质特征
   晚新生代帕米尔构造结北移300km导致地壳缩短，现今地壳厚度55-80km。KKF作为右行走滑断裂，其北段氦同位素揭示KES系统缺乏地幔信号，与KKF的深部通道功能形成鲜明对比。

2. 氦同位素分异机制
   帕米尔热泉中氦显著贫化大气组分，R/R_A值显示NKKF与RPS存在地幔贡献(最高达7.5R_A)，而KES仅显示地壳特征。通过平流模型计算表明，这些信号更可能源自浅部岩浆房而非直接地幔脱气。

3. 地幔氦迁移模式
   中央帕米尔的高热流(>80mW/m²)与中地壳韧性变形促使岩浆侧向扩展，形成南北跨度大的氦异常带。这与西藏高原的连续变形机制形成对比，反映帕米尔独特的"岩浆通道型"物质运移方式。

【结论与意义】
研究证实KKF北段是深部流体上升通道，而KES属于独立构造系统。中央帕米尔上-中地壳存在地幔衍生岩浆房，其侧向扩展受RPS以南韧性中地壳控制。这一发现支持"弱地壳分布式变形"的板块碰撞模型，为高原生长机制提供了流体地球化学约束。论文通过氦同位素这一创新视角，揭示了帕米尔与青藏高原在深部动力学过程的本质差异，对理解大陆碰撞带能量-物质循环具有里程碑意义。