柴北缘构造带位于青藏高原东北缘,华北、扬子及塔里木克拉通结合部位,呈狭长状夹于祁连板块和柴达木板块之间,带内主要由花岗片麻岩、长英质和泥质副片麻岩及少量呈透镜状或夹层状出露于片麻岩中的榴辉岩和石榴石橄榄岩组成。近年来对带中榴辉岩及围岩片麻岩的研究显示,该构造带可能记录了元古代Rodinia超大陆聚合、裂解以及早古生代大洋俯冲到大陆深俯冲的多期构造旋回。特殊的构造位置以及多期造山记录使得其元古代到早古生代构造演化过程对于探讨我国各板块/微板块之间的相关关系具有重要意义。本论文以构造带西端鱼卡-落凤坡地区为主要研究区域,在详细野外地质调查的基础上,对区内出露的多种不同类型的榴辉岩和围岩片麻岩以及沙柳河花岗片麻岩进行了细致的变质作用、地球化学和年代学研究,确定了不同类型榴辉岩及围岩片麻岩的原岩形成时代、成因与构造背景、变质时代和变质P-T轨迹,并进一步探讨了榴辉岩与围岩片麻岩的相互关系;结合本文及前人的研究资料,建立了柴北缘构造带从中元古代到早古生代的构造演化过程。本文取得的主要成果和认识如下:1.详细的野外地质调查及岩相学观察,在鱼卡-落凤坡地区新发现了硬柱石榴辉岩、滑石-蓝晶石榴辉岩以及落凤坡粗粒和细粒多种类型榴辉岩,并利用相平衡模拟与传统温压计相结合的方法,重建了它们的变质作用P-T轨迹;并进一步确定全岩X(MgO)[=MgO/(MgO+FeOT)]和水含量是控制区内榴辉岩矿物组合的关键因素。(1)通过详细的岩相学观察,在鱼卡河剖面榴辉岩的石榴石中首次发现大量呈规则菱形和矩形的,由多晶Czo、Czo+Pg±Ph±Qtz或Czo+Amp±Qtz±Na-rich P1组成的包裹体。根据这些多晶包裹体特征性的形状和矿物组合,结合早期矿物成分恢复等方法,确定这些多晶包裹体应该为硬柱石假象,使得柴北缘超高压带成为全球第20个出露硬柱石榴辉岩的变质带。在此基础上,利用Perple_X相平衡模拟的方法,恢复重建了其顺时针P-T演化轨迹,峰期矿物组合为Grt+Omp+Tlc+Law+Qtz+Rt,变质条件为2.7GPa,570℃,接近石英-柯石英转变线;(2)在详细的岩相学观察和矿物化学研究的基础上,利用Thermocalc相平衡模拟的方法,建立了滑石-蓝晶石榴辉岩的顺时针P-T演化轨迹,峰期矿物组合为Grt+Omp+Law+Ph+Coe,变质条件为3.1～3.2GPa,650～655℃,超过石英-柯石英转变线,表明其为超高压变质作用的产物,之后经历了近等温降压的退变质过程;(3)结合岩相学、矿物化学及Thermocalc相平衡模拟结果,确定落凤坡粗粒榴辉岩的峰期矿物组合为Grt+Omp+Rt+Qtz/Coe,变质条件为P>2.58GPa,T>670℃,之后在降压过程中由于外来流体加入,导致岩石发生了强烈的角闪岩相退变质。(4)T-X(MgO)及P-M(H20)视剖面图计算结果显示,鱼卡地区不同类型榴辉岩在P-T轨迹相似的情况下,矿物组合中是否出现蓝晶石主要受全岩X(MgO)值和水含量控制。高镁岩石容易形成含硬柱石的Grt+Omp+Law+Rt+Qtz/Coe±Ph峰期矿物组合,在其等温降压过程中硬柱石脱水分解生成蓝晶石而形成Grt+Omp+Ky+Rt+Qtz/Coe±Ph矿物组合;而低镁岩石容易生成不含硬柱石的Grt+Omp+Rt+Qtz±Ph峰期矿物组合,由于其等温降压过程均为吸水反应,因此岩石中矿物组合不发生演化,没有蓝晶石生成。2.综合全岩地球化学及锆石U-Pb和Hf-O同位素研究结果,确定新发现的硬柱石榴辉岩、滑石-蓝晶石榴辉岩及落凤坡粗粒和细粒榴辉岩的原岩为洋壳残片,明确其中的滑石-蓝晶石榴辉岩及落凤坡榴辉岩为Rodinia超大陆聚合前的中元古代洋壳残片。(1)滑石-蓝晶石榴辉岩具有与N-MORB相似的地球化学组成;LA-ICP-MS及SIMS定年获得其原岩形成时代为1273～1280Ma,峰期变质时代为～437Ma。锆石Lu-Hf同位素分析获得锆石岩浆核的εHf(t)值为8.36～15.98,与同时期亏损地幔值一致,单阶段Hf模式年龄加权平均值为1303Ma,与原岩结晶时代在误差范围内一致,表明其原岩为新生地壳。因此滑石-蓝晶石榴辉岩的原岩为中元古代洋壳辉长岩,在元古代大洋俯冲消减过程中就位于活动大陆边缘;之后,在早古生代随柴达木板块一起发生大陆深俯冲。(2)落凤坡粗粒榴辉岩和细粒榴辉岩具有洋中脊玄武岩特征;锆石定年获得落凤坡粗粒榴辉岩的原岩形成时代为1070Ma,且经历了 927Ma角闪岩相和439Ma榴辉岩相两期变质作用;落凤坡细粒榴辉岩同样记录了 916Ma角闪岩相和437Ma榴辉岩相两期变质作用,且在新元古代变质事件中发生了部分熔融。锆石Hf同位素研究结果显示,这两种榴辉岩的原岩均为新生地壳。以上数据表明落凤坡粗粒榴辉岩和细粒榴辉岩的原岩均为Rodinia超大陆聚合之前元古代大洋残片;在该大洋俯冲消减的过程中就位于活动大陆边缘,在随后的大陆碰撞及地壳加厚过程中,它们发生了第一期变质作用;最后,在早古生代它们与多硅白云母榴辉岩、块状榴辉岩及滑石-蓝晶石榴辉岩等一起发生大陆深俯冲。(3)硬柱石榴辉岩具有E-MORB特征。锆石O同位素分析显示,所有锆石的O同位素组成均与地幔一致,表明硬柱石榴辉岩的原岩为新生洋壳残片。但目前未获得其原岩形成时代,仅获得其榴辉岩相变质时代为436～438Ma,与目前区域上确定的大陆俯冲时代一致,因此该硬柱石榴辉岩可能为构造就位的古洋壳残片或早古生代洋陆转换带部位洋壳。3.在详细的岩相学和矿物化学研究基础上,利用相平衡模拟和传统温压计相结合的方法,建立了鱼卡泥质片麻岩和沙柳河花岗片麻岩的顺时针P-T轨迹,确认其经历了超高压变质作用;综合榴辉岩和围岩片麻岩具有相似的变质P-T轨迹和相近或一致的变质时代的研究结果,提出榴辉岩与围岩片麻岩属于“原位变质”关系,二者皆为早古生代大陆深俯冲作用的产物。(1)获得鱼卡块状榴辉岩围岩泥质片麻岩的顺时针P-T轨迹,峰期矿物组合为Grt+Jd+Ky+Rt+Coe,变质条件为3.1～3.9GPa,620～700℃,落在超高压范围,确认该泥质片麻岩经历了超高压变质作用。建立了沙柳河陆壳属性榴辉岩围岩花岗片麻岩的顺时针P-T轨迹,获得其峰期变质条件为3.0～3.4GPa,655～745℃,确认其经历超高压变质作用;同时在鱼卡河多硅白云母榴辉岩围岩花岗片麻岩中发现了多硅白云母和高铝榍石,表明该花岗片麻岩至少经历了高压变质作用。(2)锆石定年获得鱼卡泥质片麻岩和沙柳河花岗片麻岩的峰期变质时代分别为432Ma和447Ma,与其内包裹的榴辉岩的峰期变质时代一致。综合榴辉岩和围岩片麻岩具有相似的变质P-T轨迹和相近或一致的变质时代的研究结果,提出榴辉岩与围岩片麻岩属于“原位变质”关系,二者皆为早古生代大陆深俯冲作用的产物。4.提出柴北缘构造带内榴辉岩的原岩存在三种类型,记录了从中元古代到古生代构造演化过程第一种为Rodinia超大陆聚合之前的中元古代洋壳残片,以本文首次发现的鱼卡滑石-蓝晶石榴辉岩以及落凤坡粗粒和细粒榴辉岩为代表。它们原岩形成时代为1280～1070Ma,其中部分榴辉岩记录了新元古代Rodinia超大陆聚合相关的变质事件;第二种为Rodinia超大陆裂解时形成于初始裂谷环境中的板内玄武岩或大陆溢流玄武岩,以鱼卡多硅白云母榴辉岩和块状榴辉岩为代表;其原岩形成时代为750～850Ma,第三种为早古生代蛇绿岩残片,以沙柳河蓝晶石榴辉岩、多硅白云母榴辉岩和绿帘石榴辉岩为代表,原岩形成时代为510～516Ma。三类榴辉岩都保存了近乎一致的420～460Ma早古生代超高压变质作用记录。这同时也确认柴北缘地区存在两期大洋记录,因此在未确定原岩形成时代的情况下,具有洋壳属性榴辉岩的早古生代变质时代不能用来限定大洋或大陆俯冲时代。5.综合变质作用、年代学和地球化学研究结果,初步建立了柴北缘构造带从中元古代到早古生代的构造格局演化过程将其概括为:中元古代大洋扩张阶段(1280～1030Ma);大洋俯冲消减阶段(1030～950Ma);大陆碰撞与Rodinia超大陆聚合阶段(950～890Ma);Rodinia裂解形成初始裂谷阶段(850～750Ma);早古生代大洋及滩间山群形成阶段(～550～460Ma);大洋到大陆连续深俯冲阶段(460～420Ma);俯冲洋壳断裂及陆壳折返阶段(<420Ma)。