中亚造山带南缘的北山分布着大量镁铁质-超镁铁质杂岩体。大山头地区位于北山地区柳园裂谷北部,包括红柳沟和庙庙井镁铁质-超镁铁质侵入体。本文在野外地质调查的基础上,通过对岩体岩石学、地球化学、锆石U-Pb年代学、地球动力学背景等研究,确定大山头镁铁质-超镁铁质岩的侵入期次,探讨其成因及形成的地球动力学过程,为北山造山带的岩浆成因和构造演化提供岩石学和年代学依据。研究表明,大山头复式杂岩体中的红柳沟岩体和庙庙井岩体为镁铁质-超镁铁质堆晶岩。红柳沟岩体岩性为辉长岩、橄榄辉长岩、辉石岩、蛇纹石化橄辉岩,岩体LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为401.6±2.2 Ma,形成于早泥盆世;庙庙井岩体主要为辉石橄榄岩、橄榄辉石岩、辉长岩、辉石岩、角闪辉长岩、闪长岩,早期辉长岩形成于晚泥盆世（374.3±3 Ma）,晚期辉长岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为356.8±0.92 Ma,为早石炭世。红柳沟辉长岩SiO₂（45.6%⁵1.9%）、TFe₂O₃（6.38%¹2.59%）含量变化范围大,K₂O（0.07%¹.32%）、Na₂O（0.55%².39%）含量低且相对富钠贫钾（Na₂O/K₂O=1.5¹6.8）,Al2O3（7.68%¹8.85%）、MgO（7.68%¹8.75%）、Mg#=68⁷8、CaO（6.0%¹0.2%）、TiO₂（0.28%¹.6%）;同时辉长岩具有Eu和Sr的正异常,富集大离子亲石元素（Rb、Ba等）和轻稀土元素（LREE）,强烈亏损高场强元素（Nb、Th、P等）和重稀土元素（HREE）。辉橄岩低SiO₂（38.8%³8.95%）、Al2O3（4.05%⁴.6%）、CaO（2.71%².81%）、TiO₂（0.1%⁰.14%）;低K₂O（0.05%⁰.14%）、Na₂O（0.21%⁰.47%）,富钠贫钾（Na₂O/K₂O=3.4⁴.2）。高MgO（27.9%³0%）、TFe₂O₃（15.06%¹6.44%）,Mg#=85⁸8。相对富集大离子亲石元素（K、Rb、Ba）和轻稀土元素（LREE）,亏损高场强元素（Nb、Ti、P）和重稀土元素（HREE）,同时有大离子亲石元素Sr的亏损。岩石地球化学特征显示,红柳沟辉长岩和辉橄岩都来源于受过俯冲流体交代的亏损地幔,在岩浆作用过程中受过地壳物质的混入。庙庙井岩体早期侵入的辉长岩中,SiO₂含量为50.26%⁵2.32%,MgO含量相对较高（21.5%²3.6%）,TFe₂O₃（8.64%¹2.34%）,Mg#（82⁸8）,低TiO₂（0.3%⁰.42%）、Al2O3（2.51%³.7%）,CaO含量变化大（2.82%¹1.05%,平均含量7.53%）;低Na₂O（0.25%⁰.42%）、K₂O（0.03%⁰.06%）,全碱（Na₂O+K₂O）含量为0.28%⁰.47%,富钠贫钾（6.8¹2.3）。相对富集大离子亲石元素（K、Rb）和Th,亏损高场强元素（Nb、P）和Ba;轻重稀土元素基本无明显分异。晚期侵入的辉长岩SiO₂含量为48.78%⁵5.47%,与早期形成的辉长岩相比,其具有更高的Al2O3（10.62%²0.7%）、K₂O（0.39%¹.3%）、Na₂O（1.52%³.45%）、TiO₂（0.67%².21%）值,而MgO（4.96%¹1.7%）、TFe₂O₃（6.73%¹1.49%）、Mg#（55⁷0）相对较低;相对亏损高场强元素Nb和重稀土元素,富集Rb、Ba、Th等大离子亲石元素和轻稀土元素;具有轻微Eu的正-负异常变化。庙庙井两期岩体地球化学特征表明,岩浆受到少量地壳物质的加入,岩浆源区曾受到俯冲流体交代,使得亏损地幔源区发生大离子亲石元素的富集。红柳沟岩体形成于后造山伸展的陆缘弧环境,指示北山中部有限洋盆在早泥盆世处于俯冲碰撞后由挤压向伸展的构造体制转换阶段,相应的陆缘弧在伸展构造及地幔隆起作用下转变为裂谷环境,进入一个新的构造演化阶段;庙庙井岩体早期-晚期辉长岩地球化学特征表明源区亏损地幔不断发生富集的过程,进而指出该陆缘区从晚泥盆世到早石炭世处于伸展构造体制下的裂谷环境,且向成熟的裂谷环境-红海型洋盆演化的过程。