利用石榴橄榄岩重建大陆俯冲带的古动力学环境及其演化过程*

张聪 黄杰，2 陈梅，2 杨经绥

ZHANG Cong1，HUANG Jie1，2，CHEN Mei1，2 and YANG JingSui1

1. 中国地质科学院地质研究所，大陆构造与动力学国家重点实验室，北京 100037

2. 中国地质大学地球科学与资源学院，北京 100871

1. State Key Laboratory of Continental Tectonics and Dynamics，Institute of Geology，Chinese Academy of Geosciences，Beijing 100037，China

2. School of Earth Science and Resources，China University of Geosciences，Beijing 100871，China

2015-08-01 收稿，2015-10-11 改回.

1 引言

高压-超高压变质带是古板块汇聚边界及古大洋俯冲碰撞的重要标志，记录了洋壳或陆壳物质由俯冲发生超高压变质作用到折返的一系列动力学过程。自从在西阿尔卑斯Dora Maria 地块(Chopin，1984)和挪威西片麻岩地区(Western Gneiss Region，WGR)的副片麻岩中(Smith，1984)发现超高压指示性矿物柯石英以来，高压-超高压变质作用的研究已经经历了三十多年，并在推动大陆动力学研究过程中取得了突破性进展。作为造山带中重要的岩石类型，石榴橄榄岩不仅记录了大陆地壳俯冲发生超高压变质作用到折返的整个过程，同时也携带了俯冲带地幔楔形成及演化，壳幔相互作用，俯冲带水岩反应等一系列信息，部分还记录了俯冲带形成之前岩石圈地幔形成时的物理化学特征(Brueckner，1998;Brueckner and van Roermund，2004;Scambelluri et al.，2008)。这些产于地幔深部的岩石经历了怎样的演化过程，其是如何搬运到浅部地壳层次及其如何侵位到大陆地壳中去的一系列问题仍存在较大争议。前人利用深部塑性叠瓦状构造模式来解释橄榄岩侵位大陆地壳的机制(Cuthbert et al.，1983;Cuthbert and Carswell，1990)。这种模式可以解释部分浅部尖晶石橄榄岩的侵位机制，但对形成于大陆岩石圈深部超过70km 的石榴橄榄岩并不适用(van Roermund，2009a，b)。

在前人的工作基础上，本文提出一种对造山带石榴橄榄岩的简单分类模型，该模型通过对造山带石榴橄榄岩的温压条件及P-T 轨迹的限定来区分其成因类型，主要分为地幔楔成因和俯冲带成因两种类型。地幔楔成因的石榴橄榄岩又被进一步细分为四个亚类进而重建古老造山带的古动力学环境。

2 造山带石榴橄榄岩的成因分类模型

不同造山带中的石榴橄榄岩在结构、构造、地球化学及年代学特征上均存在较大差异(Brueckner and Medaris，2000)，造成这种差异的原因主要有1)石榴橄榄岩的原岩来自不同的地幔源区;2)受洋壳/陆壳俯冲过程中流体的影响;3)侵位于不同类型的陆壳岩石中。近几十年来，针对世界范围内造山带石榴橄榄岩的研究，已有不同的分类方法被提出(Brueckner and Medaris，2000;Zhang et al.，2000)。通过对造山带石榴橄榄岩形成与演化过程的详细研究，可以将其划分为以下五个主要过程:1)大陆岩石圈地幔的形成与演化过程;2)俯冲盘上方地幔楔的形成过程;3)地幔楔石榴橄榄岩侵入俯冲陆壳侵位机制;4)携带石榴橄榄岩的俯冲陆壳物质的折返过程;5)与俯冲带流体/熔体相互作用发生水-岩/熔-岩反应过程。以上五个地球动力学过程在石榴橄榄岩中均有较好的记录。对造山带石榴橄榄岩开展详细的野外勘察与室内实验研究有助于我们对造山带演化过程的进一步限定。

本文提出的石榴橄榄岩分类模型中将上述五个俯冲带形成与演化相关的过程归结为两个主要地球动力学过程:1)板块汇聚作用发生之前(＞200Ma)大陆岩石圈地幔的形成过程;2)陆壳俯冲/碰撞过程中大陆岩石圈地幔楔的形成，及地幔楔物质侵位大陆地壳并发生折返过程。这两个动力学过程在石榴橄榄岩演化P-T 图中得到了很好的体现(图1b，c)。图1b 表示在假设岩石圈地幔形成于软流圈地幔上升过程的情况下，产于大陆岩石圈地幔中的石榴橄榄岩形成时的P-T 条件，即为地幔楔型石榴橄榄岩，此类石榴橄榄岩中的含石榴石相矿物组合即可以形成于发生深俯冲之前岩石圈地幔形成阶段(图2a1-d1)，同样也可以形成于俯冲过程中大陆地壳所捕获的浅部地幔楔物质(图2a2-d2)。图1c 则表示壳源橄榄岩在经历俯冲带演化过程中经历进变质作用获得石榴石相矿物组合的P-T 条件，即为俯冲带型石榴橄榄岩。该分类模型的优点在于可以利用计算石榴橄榄岩不同期次矿物组合的简单计算方法来对其物质来源及成因类型进行限定。

2.1 地幔楔型石榴橄榄岩

图1 造山带中不同石榴橄榄岩的成因关系及P-T 图解(a)俯冲带型石榴橄榄岩的两种原岩类型关系图解;(b)地幔楔型石榴橄榄岩形成与演化过程P-T 图解;(c)俯冲带型石榴橄榄岩中变质石榴石-橄榄石矿物组合形成的温压范围Fig.1 The genesis and P-T diagram of the orogenic garnet peridotite(a)the relationship diagram of the two type of protolith of subduction zone garnet peridotite;(b)the P-T diagram illustrated the formation and evolution of the mantle wedge garnet peridotite;(c)the P-T ranges of the formation of garnet-olivine assemblage of the subduction zone garnet peridotite

在本文的石榴橄榄岩分类模型中，地幔楔型石榴橄榄岩形成于软流圈上涌经历等压冷却过程形成的古老大陆岩石圈地幔及克拉通岩石圈地幔中(图1b)。该型石榴橄榄岩在大陆深俯冲过程中被俯冲的地壳所捕获并随之折返到浅部地壳。其记录的P-T 条件可能代表古老岩石圈地幔形成时的状态，一般可以早于深俯冲作用几亿年(Brueckner et al.，2010)。同样的，地幔楔型石榴橄榄岩也可以产出于相对年轻的大陆岩石圈地幔中，这种岩石圈地幔形成于软流圈物质上涌到已有的岩石圈地幔底部发生熔岩反应形成新的岩石圈地幔过程(图2)。此类地幔楔型石榴橄榄岩记录的P-T条件可能反应了古老岩石圈地幔的增生过程(Spengler et al.，2006;van Roermund，2009b)。地幔楔型石榴橄榄岩中所记录的P-T 条件决定于岩石圈地幔的厚度及其形成时间与其经历俯冲带作用形成地幔楔过程的时间差(t)。不同类型的岩石圈厚度差别较大，一般认为大洋岩石圈厚约为40km，普通大陆岩石圈厚度为100km，而克拉通岩石圈的厚度则为150 ～200km。形成于克拉通岩石圈底部的石榴橄榄岩中的矿物组合保存的压力条件较大洋岩石圈和普通大陆岩石圈要高很多。另一方面，如果岩石圈地幔形成时间与进入俯冲带时间间隔较大(如t ＞＞250Ma)，则其中石榴橄榄岩记录的温压条件则为稳定大陆或克拉通岩石圈的地热梯度(如图1b 中A 和C 所示)。如果软流圈上涌过程与俯冲带形成同时发生，或者时间间隔较短，则新生的岩石圈地幔没有足够的时间冷却，其中保存的石榴橄榄岩所记录的温度则相对较高(＞1100℃)。

基于地幔楔型石榴橄榄岩形成的岩石圈厚度及其热状态的差异，可将其分为四种代表不同温压条件及成因的亚类(如图1b)。软流圈物质上涌温度变化一般介于1350 ～1750℃之间，图1b 中简化为边界温度下两条等压降温曲线。在高温高压条件下，压力条件降至干橄榄岩固相线时，石榴橄榄岩会随之发生减压熔融作用，这也是甄别地幔楔型石榴橄榄岩的重要标志之一。在软流圈物质达到原有岩石圈地幔底部经历减压熔融过程以后，其中石榴橄榄岩经历等压降温的冷却过程。如果石榴橄榄岩形成于厚的克拉通型岩石圈地幔底部(约150km)，则可能发生如下两种情况:

(1)在岩石圈地幔形成后有足够冷却时间的情况下，石榴橄榄岩中保存的温压条件应与图1b 中所示克拉通岩石圈地幔相应深度稳定地热梯度的温压条件相似(如图1b 及图2中的A 型石榴橄榄岩)，其保存的含石榴石相矿物组合的年龄应远大于俯冲带的形成年龄。

(2)在岩石圈地幔形成后没有足够时间冷却而进入俯冲带形成地幔楔的情况下，石榴橄榄岩中所记录的温压条件则会明显高于同深度克拉通岩石圈地幔的地热梯度(T ≥1200℃)。除此之外，含石榴石相矿物组合的形成年龄应与大陆深俯冲事件时间相近(如图1b 及图2 中的B 型石榴橄榄岩)。

图2 地幔楔型石榴橄榄岩四个亚类对应的大地构造环境及俯冲带演化过程图中A-D 四种类型分别对应图1b 中的地幔楔石榴橄榄岩的A-D 四个亚类. 图中a1-d1 表示岩石圈地幔形成时的构造环境，而a2-d2 表示发生俯冲作用在地幔楔中形成不同类型石榴橄榄岩的过程Fig.2 The tectonic settings and subduction zone evolution processes corresponded to the four subtypes of the mantle wedge garnet peridotiteThe A-D four types corresponded to the A-D subtypes of mantle wedge garnet peridotite in Fig.1b. The a1-d1 in this figure illustrates the tectonic settings of the formation of the lithospheric mantle，whereas the a2-d2 illustrates the processes of garnet peridotite formation in the mante wedge during subduction

如果石榴橄榄岩形成于普通岩石圈地幔底部(深度约100km)，其形成的地质过程应与上述两种情况类似，但矿物组合中所保存的压力条件明显偏低(如图1b 及图2 中的C、D 型石榴橄榄岩)。如图2 所示地幔楔型石榴橄榄岩每一种亚类均包括岩石圈地幔形成(图2a1-d1)及其俯冲带演化过程(图2a2-d2)。地幔楔型石榴橄榄岩进入俯冲带最简单的方式为被俯冲陆壳从不同深度的地幔楔中捕获(Brueckner and Medaris，2000)，进而俯冲到更深的地幔深度经历俯冲带变质作用或被折返陆壳捕获而直接带到浅部地壳层次。伴随发生的重结晶作用及变形过程使得地幔楔型石榴橄榄岩的矿物组合、结构构造及地球化学特征均被不同程度的改造或被完全转变为俯冲带型石榴橄榄岩(Dijkstra et al.，2004)。

2.2 俯冲带型石榴橄榄岩

俯冲过程中进变质作用使壳源低压矿物组合获得含石榴石矿物组合形成俯冲带型石榴橄榄岩。其原岩可能由壳源的镁铁质岩浆分异或者是在岩石圈浅部形成的蛇纹岩、斜长石橄榄岩、尖晶石橄榄岩等。这种石榴橄榄岩常与榴辉岩互层产出并经历相似的变质演化过程。部分俯冲带型高压/超高压石榴橄榄岩中保存有完好的低压矿物组合，如大别造山带毛屋地区石榴石变斑晶中包裹的刚玉、斜绿泥石、角闪石等包体(Liou and Zhang，1998)。挪威西片麻岩地区Fe-Ti型石榴橄榄岩也属于此种类型(Jamtveit，1987;Vrijmoed et al.，2006)。俯冲带型石榴橄榄岩中含石榴石相矿物组合记录了俯冲/碰撞过程的时代，岩石中保存的进变质P-T 轨迹都是区别于B 型及D 型地幔楔石榴橄榄岩的重要标志。

3 石榴橄榄岩分类模型的适用性

我们选择斯堪的纳维亚加里东期造山带和中国柴北缘含超高压矿物的石榴橄榄岩对本分类模型的适用性进行探讨。对前人研究获得的石榴橄榄岩的温压条件及同位素年代学数据进行对比研究，如果已发表的数据与我们的理论模型相符，则该模型便可以作为重建造山带石榴橄榄岩地质动力学背景的首要依据。

3.1 斯堪的纳维亚加里东期造山带

斯堪的纳维亚加里东期造山带是一条早古生代造山带，其中可见一系列构造推覆体(图3)，其中包含复杂的高级片麻岩基底和表壳岩石。多数高级片麻岩为前寒武纪结晶基底，时代与出露于外来体东部的波罗的陆壳一致。然而一些片麻岩，特别是出露于大陆西部地区的岩石，如西片麻岩地区显示出加里东期的结晶时代，该时代代表了波罗的大陆经历不同程度的加里东期变质事件发生再活化的时间。斯堪的纳维亚加里东期造山带中四个主要地体中均有石榴橄榄岩的报道，其产出位置见图3。

3.1.1 西片麻岩(WGR)地区

图3 斯堪的纳维亚加里东期造山带构造简图及石榴橄榄岩出露位置(据Brueckner and van Roermund，2004 修改)Fig. 3 The sketch geological map of the Scandinavian Caledonides and the position of the garnet peridotite(modified after Brueckner and van Roermund，2004)

WGR 是斯堪的纳维亚加里东期造山带的下部构造单元，它位于波罗的大陆的最外缘，形成于斯堪的纳维亚碰撞时期(Krogh，1977)。区内出露有与大陆岩石圈形成相关的橄榄岩体。WGR 北部地区出露的橄榄岩体中含有石榴石，其稳定的温压条件为700 ～950℃，2.0 ～6.0GPa(Medaris and Carswell，1990;Cuthbert et al.，2000;van Roermund，2009a;Brueckner et al.，2010)。斯堪的纳维亚地区造山带石榴橄榄岩及与之伴生的俯冲地壳物质中微型金刚石的发现表明这些岩石在斯堪的纳维亚造山作用过程中经历了相同的俯冲演化过程(Spengler et al.，2009;van Roermund，2009b)，而太古代和中元古代石榴橄榄岩中辉石出溶物的发现表明WGR 石榴橄榄岩的起源深度远大于其围岩片麻岩(van Roermund and Drury，1998)。

WGR 地区出露两种不同成分的石榴橄榄岩(Fe-Ti 型和Mg-Cr 型，Carswell et al.，1983)，Fe-Ti 型石榴橄榄岩矿物组合记录了进变质演化过程，被认为是低压的(超)镁铁质地壳侵入体在斯堪的纳维亚俯冲时期变质而成(Jamtveit et al.，1991)。由于同位素体系不平衡，Jamtveit et al. (1991)未能准确获得WGR 地区Eiksunddal 杂岩中Fe-Ti 型石榴橄榄岩的Sm-Nd 年龄，但测得同一个杂岩体中榴辉岩的Sm-Nd 同位素年龄为412 ～612Ma，与WGR 地区的斯堪的纳维亚Sm-Nd 变质时代一致(Griffin and Brueckner，1980)。加里东期微晶金刚石的发现(Vrijmoed et al.，2006，2008)，进一步揭示了WGR 北部Svartberget 地区Fe-Ti 石榴橄榄岩的俯冲起源，在石榴橄榄岩分类模型中为“俯冲带型石榴橄榄岩”。

Mg-Cr 型石榴橄榄岩多产于重结晶的绿泥石橄榄岩中，与其围岩角闪岩相片麻岩具有相同的岩相特征(Carswell，1986;Jamtveit，1984)。其中特殊的上地幔矿物，全岩化学成分和同位素特征显示Mg-Cr 型石榴橄榄岩起源于高度亏损的大陆岩石圈地幔(Brueckner，1977)。Mg-Cr 石榴橄榄岩与之伴生的石榴辉石岩Sm-Nd 及Re-Os 同位素特征表明其中早期的含石榴石矿物组合形成于中元古代时期或者更老(Jamtveit et al.，1991;Brueckner et al.，2002，2010;Lapen et al.，2005)，形成年龄远大于斯堪的纳维亚大陆发生碰撞的年龄。基于对WGR 最北部地区Mg-Cr 石榴橄榄岩详细的岩相学，矿物化学，地球化学，同位素年代学研究，前人将其划分为三个主要的演化阶段:太古代(M1)、元古代(M2)岩石圈地幔形成与演化过程及斯堪的纳维亚期(M3)超高压变质作用及橄榄岩侵位过程(van Roermund，2009b)。硫化物Re-Os 同位素年龄表明石榴橄榄岩中橄榄石，石榴石和斜方辉石巨晶所组成的的矿物组合(M1)形成于太古代(Brueckner et al.，2002)，后被M1 矿物组合的2.53Ga 和2.9Ga Sm-Nd 模式年龄进一步限定(Spengler et al.，2006)。这些同位素年龄数据清楚的显示高度亏损的石榴橄榄岩具有太古代特征。Mg-Cr 型石榴石橄榄岩岩体的石榴石巨晶中辉石出溶片晶的发现(van Roermund and Drury，1998;van Roermund et al.，2001)表明石榴石中包含相当含量的超硅石榴石组分(5% ～8%)，这说明了高温条件下石榴石的最小形成压力为6.0 ～6.5GPa(van Roermund et al.，2000)，解释为软流圈物质对流上涌穿越干的橄榄岩固相线，导致高温压减压熔融的结果(van Roermund and Drury，1998;Spengler et al.，2006)。减压熔融伴随着难熔橄榄岩在石榴石-橄榄石稳定域增生至克拉通岩石圈底部(1% 镁铁榴石，van Roermund，2009a)冷却到达该深度的地温梯度。石榴石橄榄岩中元古代含石榴石矿物组合(M2)由太古代矿物组合重结晶而形成(Brueckner et al.，2002;Spengler et al.，2006)，其形成温压条件为1300 ～1500℃、3.0 ～4.5GPa(Carswell and van Roermund，2005)。由于M3 期微晶金刚石的发现，认为Mg-Cr 型石榴石橄榄岩侵位大陆地壳发生的温压条件为840～900℃，3.4 ～4.1GPa(Jamtveit，1987;van Roermund et al.，2002;Scambelluri et al.，2010)。Spengler et al. (2009)获得的含微晶金刚石的M3 矿物集合体的Sm-Nd 平均年龄为430Ma，说明Mg-Cr 型石榴橄榄岩在斯堪的纳维亚俯冲/碰撞早期发生了超高压变质作用。

3.1.2 Seve Nappe 杂岩地区

根据岩石的伴生关系和碎屑锆石的源区年龄，Seve Nappe 杂岩被认为是波罗的大陆西缘和古大西洋之间的洋陆转换区(Brueckner and van Roermund，2007)。前人在Seve Nappe 的Jämtland 区域发现榴辉岩，石榴石橄榄岩及石榴辉石岩的高压岩石组合认为其曾经历了高压变质作用(图3，van Roermund，1989)。

Jämtland 地区包含一套中-高级泥质到长英质片岩和片麻岩，角闪岩，榴辉岩和次生大理岩及其中包裹的石榴橄榄岩。石榴橄榄岩透镜体的变质温压条件为620 ～796℃，1.9～2.1GPa(图4a，b;van Roermund，1989)，其Sm-Nd 矿物等时线年龄452.9 ±5.3Ma 表明含石榴石岩石的结晶年龄与相邻的榴辉岩的结晶年龄一致(Brueckner et al.，2004)。硫化物的Re-Os 同位素研究表明石榴橄榄岩的原岩年龄至少为元古代，或者更晚至晚太古代(Brueckner et al.，2004);结合Sm-Nd 同位素和微量元素研究认为石榴橄榄岩起源于古老的岩石圈地幔而非先前认为的大洋岩石圈。此外，斜方辉石颗粒Sm-Nd 同位素研究给出了石榴石橄榄岩中元古代的模式年龄，斜方辉石富集的微量元素特征则与俯冲带流体叠加作用有关。石榴橄榄岩的地球化学特征显示Jämtland 橄榄石起源于从古大西洋裂解形成的微陆块岩石圈地幔(厚度约60km，Brueckner and van Roermund，2007)。以上研究结果表明Jämtland 石榴橄榄岩属于分类模型中C 型的地幔楔石榴石橄榄岩，其原岩形成于相对较薄的大陆岩石圈地幔底部。

3.1.3 Tromsø Nappe 杂岩地区

Tromsø Nappe 包含一系列多期变质的高级变质沉积物(含石榴石云母片岩、大理岩、钙硅酸岩岩石)，伴随着大量镁铁质岩体和少量超镁铁质岩石如石榴橄榄岩和纯橄榄岩(Ravna and Roux，2006;Ravna et al.，2006)。Ravna et al.(2006)通过对石榴橄榄岩中石榴石矿物包裹体的岩石学研究得到粗粒石榴石核部的角闪石和绿泥石包体及边部的单斜辉石、贫铬尖晶石包体是从基质中的石榴石、镁橄榄石，透辉石和富铬尖晶石继承而来。这一系列的矿物组合演化被用来解释俯冲过程中温压条件为675 ～740℃，1.4 ～2.4GPa的进变质演化过程，此类石榴橄榄岩属于俯冲带型石榴橄榄岩。同区域出露的榴辉岩中石榴石+绿辉石+多硅白云母矿物组合计算得出了更高的变质条件(735℃，3.36GPa)，表明Tromsø Nappe 曾经历了超高压变质作用(Ravna and Roux，2006)。榴辉岩中锆石保存的变质年龄为452 ±2Ma(Corfu et al.，2003)，该年龄与Seve Nappe 杂岩中榴辉岩和石榴石橄榄岩的高压变质年龄一致。

3.1.4 Lindås Nappe 杂岩地区

Lindås Nappe 位于斯堪的纳维亚加里东造山带南部(图3)，Lindås Nappe 主体由斜长岩-花岗闪长岩组合在920 ～1230Ma 麻粒岩相条件下变质而成(Bingen et al.，2001)。Lindås Nappe 中橄榄岩岩体(二辉橄榄岩、异剥橄榄岩)呈透镜状产出，与斜长岩互层。橄榄岩与其寄主岩石具有相似的麻粒岩相矿物组合(Austrheim，1990)，Kühn et al. (2000)将其解释为尖晶石橄榄岩原岩形成于元古代(840 ～992Ma)下部地壳层次。尖晶石橄榄岩转化为石榴橄榄岩的过程记录了与加里东期陆-陆碰撞相关的高压变质作用，该变质作用发生于440 ～460Ma 之间，导致麻粒岩相壳源岩石进入650 ～700℃，1.6 ～2.1GPa 高压变质范围内(Krogh et al.，1990;Bingen et al.，2001)。综上，Lindås Nappe 橄榄岩被认为是俯冲带型石榴橄榄岩。

图4 斯堪的纳维亚加里东期造山带石榴橄榄岩的温压数据汇总(d)中P-T 轨迹1，2，3，4 分别与(1)van Roermund (2009b);(2)Ravna et al. (2006);(3)Jamtveid et al. (1989);(4)Brueckner et al.(2010)对应Fig.4 The published P-T data of the garnet peridotite from Scandinavian CaledonidesThe P-T path in Fig.4d corresponded to the one published from (1)van Roermund (2009b);(2)Ravna et al. (2006);(3)Jamtveid et al.(1987);and (4)Brueckner et al. (2010)

我们总结了斯堪的维亚地区出露于不同构造层次的石榴石橄榄岩保存的岩石学及变质温压条件特征。石榴橄榄岩矿物-地球化学特征所记录的变质条件列于表1 中。在参考石榴橄榄岩原岩年龄的基础上，在橄榄岩分类模型P-T 图中绘制其形成温压范围(图4)。地幔楔型和俯冲带型石榴橄榄岩具有典型的温压范围特征。具有普通岩石圈地幔(SCLM1)温压条件特征的石榴橄榄岩(图4a 中T，SP和LP)均产于斯堪的纳维亚加里东期造山带的上部外来块体(图3中蓝色和绿色区域)，代表相对浅的岩石圈地幔(C 型地幔楔石榴橄榄岩)及部分地壳物质。除此之外，其经历俯冲带变质作用的时间均为加里东造山带形成初期阶段(＞425Ma)，变质程度相对较浅(图4b)。然而，产于相对较厚的克拉通型岩石圈地幔(SCLM2)中的石榴橄榄岩仅在挪威西片麻岩地区有所出露(图4a 中M2c、M2d1、M2d2)，代表造山带的底部构造单元(图3)，其温压条件结合同位素年代学数据代表了厚的古老的冷的克拉通岩石圈地幔特征(A 型地幔楔石榴橄榄岩)。此类石榴橄榄岩进入俯冲带的时间较前者晚(＜425Ma)，并经历了深俯冲变质作用(图4b 所示约150 ～200km)。上述石榴橄榄岩温压条件及年代学特征均与本文提出的地幔楔(A，C 型)和俯冲带型石榴橄榄岩分类依据相吻合，说明该分类模型可以适用于斯堪的纳维亚加里东造山带的石榴橄榄岩分类方案。

表1 斯堪的纳维亚加里东期造山带及柴北缘造山带石榴橄榄岩的温压条件汇总Table 1 The published P-T data of garnet peridotite from Scandinavian Caledonides and North Qaidam orogen，China

3.2 我国柴达木盆地北缘造山带

图5 柴北缘超高压带地质简图及其中石榴橄榄岩温压条件汇总(a，据Song et al.，2006 修改)图c 中:G-lh-石榴二辉橄榄岩;GP-石榴辉石岩Fig.5 The Sketch geological map of the North Qaidam UHPM belt and the published P-T data of the garnet peridotite in it (a，modified after Song et al.，2006)In Fig.5c:G-lh-garnet lherzolite;GP-garnet pyroxenite

绿梁山石榴橄榄岩产于我国西北部柴北缘超高压变质带中(图5a)，岩石组合类型为含石榴石纯橄榄岩，石榴石方辉橄榄岩，石榴石二辉橄榄岩，石榴石辉石岩和尖晶石纯橄榄岩(杨建军等，1994;Song et al.，2004，2005a，b，2007，2009a，b;Yang and Powell，2008)。3 个纯橄榄岩和石榴石橄榄岩样品Sm-Nd 同位素研究结果显示εNd为负值，这与洋壳或者大陆岩石圈地幔起源的物质有明显不同(Song et al.，2007)。石榴石二辉橄榄岩中岩浆锆石核部年龄为457 ±22Ma，被解释为为石榴石橄榄岩原岩的年龄(Song et al.，2005b)。根据岩石结构特征，矿物化学特征及地球化学特征，Song et al.(2007，2009a，b)认为绿梁山石榴橄榄岩起源于中奥陶纪阿拉斯加弧下型层状低压侵入体。Yang and Powell(2008)则根据石榴石、单斜辉石变斑晶中保存的利蛇纹石、阳起石、绿泥石及方解石等低温低压矿物，利用Thermalcalc 相平衡模拟方法，认为石榴二辉橄榄岩的原岩来自于被蛇纹石化的深海橄榄岩，由于俯冲过程中蛇纹岩脱水作用形成了现今保留的矿物组合。以上研究均认为绿梁山石榴橄榄岩应属于壳源俯冲带型石榴橄榄岩。

图5 柴北缘超高压带地质简图及其中石榴橄榄岩温压条件汇总(a，据Song et al.，2006 修改)

近年来，利用纯橄榄岩Re-Os 同位素测试技术，获得了纯橄榄岩太古代的Re-Os 模式年龄(tRD= 2.6Ga，tMA=2.8Ga)，该年龄代表了原始熔融亏损事件的最小估计值，从而绿梁山石榴橄榄岩的另一种成因模式被提出(Shi et al.，2010;Xiong et al.，2015)。石榴石二辉橄榄岩和石榴石橄榄岩具有较高的全岩Ca，Al 和较高的Mg(Mg#＜92)，可投点于元古代大陆岩石圈地幔域(Griffin et al.，1999)，与太古代Re-Os 同位素年龄相结合，表明绿梁山石榴石橄榄岩可以代表了华北克拉通之下古老的太古代克拉通岩石圈地幔经熔体抽离之后的残留物(纯橄榄岩，方辉橄榄岩，Shi et al.，2010)，与图1 中A 型或C 型地幔楔石榴橄榄岩一致。石榴石中的金红石+辉石+钠质角闪石出溶片晶及橄榄石中的钛铁矿，铝铬铁矿和锆石中的微晶金刚石包体均说明了绿梁山橄榄岩的原岩经历了超高压变质作用，变质温压条件为900 ～1000℃，5.5 ～6.5GPa(图5b 中的L1，Song et al.，2004，2005b，2009a)。含金刚石的锆石变质时代被测定为423 ±5Ma(Song et al.，2005b)，表明石榴橄榄岩曾随陆壳俯冲至超过200km 以下的地幔深度(Song et al.，2007)。绿梁山石榴橄榄岩的原岩经历了地幔(楔)演化过程及后期的俯冲带变质叠加过程，与分类模型中的地幔楔型石榴橄榄岩相吻合(图5c)。

针对绿梁山同一岩体的岩石学及同位素地球化学研究得到了对于石榴橄榄岩起源两种不同的认识，如壳源低压原岩经历俯冲带进变质作用获得石榴石相矿物组合而形成俯冲带型石榴橄榄岩或来自于岩石圈地幔下部的亏损橄榄岩经历元古代或古生代的熔体“再富集”作用后进入俯冲带中经历超高压变质作用改造过程。产生这两种分歧的主要原因在于强烈的俯冲带变质改造可能重塑了石榴橄榄岩的岩石学及同位素特征，从而部分或完全抹掉了其携带的地幔(楔)演化过程信息。

4 讨论与结论

大陆岩石圈地幔的成分和结构数据是建立大陆岩石圈地幔模型的基础，反应了地球演化过程中地球化学和构造演化特征(Griffin et al.，1999)。金伯利岩和深源火山岩中的捕虏体及捕掳晶是研究地幔成分及结构信息的主要来源。随着造山带超高压变质作用的深入研究，古老造山带中出露的石榴橄榄岩为我们研究造山带岩石圈地幔的物理化学性质提供了一个新的窗口。它们可用于研究岩石圈地幔的形成，俯冲带地幔楔的演化，石榴橄榄岩侵位俯冲陆壳的动力学机制及随之发生的深俯冲及折返作用等一系列地质过程。为研究造山带石榴橄榄岩中蕴含的上述地质过程信息，我们提出一种依据其形成温压条件和构造环境对其进行分类的简单分类模型，把造山带石榴橄榄岩划分为地幔楔型和俯冲带型两种类型，其中地幔楔型石榴橄榄岩的研究与大陆岩石圈的形成与演化过程关系密切。对于斯堪的纳维亚加里东造山带石榴橄榄岩来说，我们的分类模型能与前人发表的区内石榴橄榄岩的岩相学、矿物化学、地球化学以及同位素特征很好的吻合。虽然我国柴北缘绿梁山石榴橄榄岩尚不能确定其在分类模型中的位置，但对于已发表的两种不同石榴橄榄岩的形成假说均有较好的对应关系，如俯冲带型石榴橄榄岩(Song et al.，2009a)及A 型或C 型地幔楔型石榴橄榄岩(Shi et al.，2010;Xiong et al.，2015)，说明该分类模型具有广泛的适用性。

该分类模型提出一种对石榴橄榄岩的简单分类方案，其最重要的分类标准有两个:(1)石榴橄榄岩由地幔楔被俯冲大陆地壳捕获时所记录的温度T(如图2 中区分冷/热地幔楔);(2)俯冲带上盘岩石圈地幔的厚度(如图2 中区分克拉通型和普通大陆型岩石圈地幔)。同时发生部分(减压)熔融作用的时间及深度也是对造山带石榴橄榄岩分类的重要参数。图1b 中所示的减压熔融作用发生在不同温度的软流圈物质上涌过程中，当温度达到干二辉橄榄岩固相线时，形成熔体及残余难熔物质，熔体可能保留在体系中参与反应，也可能从体系中分离，视熔体规模及地幔的热结构而定。当炽热的软流圈物质上升到已有岩石圈地幔底部发生冷凝作用，部分难熔残余地幔橄榄岩则记录了当时岩石圈地幔的形成深度及热状态(van Roermund，2009b)。另一种情况是相对冷的软流圈物质上涌，减压熔融程度较低，则可能形成相对富集的岩石圈地幔，这种富集型岩石圈地幔同样可以由后期基性岩墙与早期形成的亏损地幔物质反应而来。对于地幔楔型石榴橄榄岩，我们还应该区分其不同期次的含石榴石相矿物组合及其显微构造，因为岩石圈地幔形成与演化过程中形成的矿物组合与俯冲带变质作用产生的矿物组合在矿物学特征及成分上具有较大差别，如矿物的颗粒大小、包体类型、单矿物微量元素等诸多方面。通过对造山带石榴橄榄岩的岩石学、矿物学、地球化学及同位素特征的研究，结合其矿物组合中保留的P-T 轨迹信息，我们能够利用本文提出的分类模型重建造山带岩石圈地幔的动力学环境及古俯冲带的演化过程。

致谢 成文过程中与北京大学张立飞教授及荷兰乌特勒支大学van Roermund 教授等进行了深入的讨论，两位教授均给出了建设性意见;两位匿名审稿人提出了宝贵的建议和意见;在此一并表示感谢。

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