造山带中的变质超镁铁岩通常来源于上地幔,在板块汇聚过程中发生构造折返侵位,并最终保存于造山带中。这些变质超镁铁岩记录了地质历史时期的地幔属性和俯冲起始-增生-碰撞的板块汇聚过程重要信息,对理解造山带演化的地球动力学过程,壳幔相互作用,以及板块构造启动时间等科学问题具有重要意义。黄陵穹隆位于扬子克拉通中北部地区,是探寻扬子克拉通早前寒武纪基底构造演化历史的重要窗口和关键地区。本论文选取黄陵穹隆北部古元古代水月寺混杂岩带内的蛇纹石化方辉橄榄岩和变橄榄辉石岩作为研究对象,通过详细的野外地质调查、岩石学、矿物和岩石地球化学、年代学、同位素地球化学等多学科手段,揭示其成因与大地构造意义,为黄陵穹隆乃至扬子克拉通古元古代的大地构造演化提供新的约束,同时为造山带内的异源超镁铁质岩石成因和演化过程的研究提供新的认识。主要成果和认识如下:(1)古元古代水月寺混杂岩带东缘交战垭地区的蛇纹石化方辉橄榄岩的原生矿物和全岩Re-Os同位素组成保留了极为难熔的原始成分信息,具有极高的橄榄石Fo值(91.7—93.1),斜方辉石高Mg~#和低重稀土元素含量,全岩极低的Re含量(<0.09 ppb)和~(187)Re/~(188)Os(0.00455—0.01029)比值。全岩Re-Os同位素显示这些变质橄榄岩具有负γ_(Os)(t)(-5.1～-4.0)和高度非放射性成因的~(187)Os/~(188)Os比值(0.10927—0.11072),对应最老的T_(RD)(Re亏损模式年龄)为～2.82 Ga,表明其原岩来源于中太古代晚期(～2.82 Ga)高程度熔融的大陆岩石圈地幔。交战垭蛇纹石化方辉橄榄岩中含有角闪石、绿泥石等交代矿物,全岩具有低Mg~#(87.6—89.1),富集轻稀土元素和大离子亲石元素以及负ε_(Nd)(t)(-4.0～-3.7)的特征。交代锆石U-Pb和全岩Sm-Nd同位素年代学记录了～2.04 Ga的交代事件。上述研究结果表明,蛇纹石化方辉橄榄岩原岩在古元古代(～2.04 Ga)板块俯冲期间经历了交代再富集作用,交代介质主要为古元古代变沉积岩衍生的含水流体和富Fe硅酸盐熔体。提出～2.82 Ga是扬子克拉通以崆岭杂岩为代表的太古宙陆核岩石圈地幔形成的重要时期,古元古代Columbia超大陆汇聚期间板块俯冲熔/流体交代再富集作用在一定程度上改造了扬子克拉通太古宙难熔的岩石圈地幔。(2)古元古代水月寺混杂岩带内张家湾和赵家阳坡地区的变橄榄辉石岩具有高Mg O(25.0—26.9 wt%),Cr(1942—3080 ppm),Ni(1008—1312 ppm)含量以及高Mg~#(84.4—85.6)的地球化学特征,其原岩为初生地幔镁铁质熔体经历早期分离结晶后高Mg~#矿物形成的超镁铁质堆晶岩,类似俯冲带含水玄武质或玄武安山质岩浆分离结晶后的产物。变橄榄辉石岩显示亏损-略富集轻稀土元素,富PUN30119抑制剂集大离子亲石元素,亏损高场强元素,以及正ε_(Nd)(t)(+1.9～+5.8)的特征。变橄榄辉石岩全岩Sm-Nd同位素记录了～2.2 Ga的假等时线年龄和2.18—2.49 Ga的二阶段模式年龄,表明其形成于约2.2 Ga,母岩浆来源于受流体交代的古元古代亏损地幔源区。在此期间,初始俯冲诱发的软流圈地幔楔部分熔融形成的镁铁质岩浆上升并发生分Sub-clinical infection离结晶作用,形成了作为初始大洋岛弧根部的辉石岩。提出水月寺混杂岩带内形成于2.2—2.05 Ga的岩石具有相似的俯冲带之上大地构造背景,组成了古元古代洋内岛弧-弧前增生杂岩的一部分,共同记录了从俯冲起始到成熟弧形成的古元古代地球动力学过程。(3)根据水月寺混杂岩带中异源超镁铁岩的成因与演化过程,提出水月寺混杂岩带中来源于中太古代晚期大陆岩石圈地幔楔的蛇纹石化方辉橄榄岩和来源于古元古代大洋岩石圈的变橄榄辉石岩在古元古代造山期间一同被刮削进入俯冲隧道。在构造折返过程中,蛇纹石化方辉橄榄岩随少量变沉积岩垂向上升穿过地幔楔以底劈的形式侵位于东部微陆块。而变橄榄辉石岩与古元古代变镁铁质岩块及变沉积岩随俯冲板片继续俯冲至深部,之后以平行于俯冲隧道斜向折返至近地表。据此,提出俯冲隧道不仅可以携带来源于大洋岩石圈的物质,也可以携带大陆岩石圈地幔楔的物质,强调了在板块汇聚过程中的构造混杂是形成造山带异源超镁铁岩的重要机制。这也为俯冲隧道中的物质既可以平行于俯冲隧道斜向折返至近地表,亦可近垂直向上穿过地幔楔底劈侵位上覆地壳之中的数值模拟结果提供了重要地质实例。(4)根据水月寺混杂岩带内超镁铁岩研究新成果,提出黄陵穹隆北崆岭地区洋内俯冲起始-增生(2.2—2.0 Ga)和碰撞折返(2.0—1.Navitoclax说明书95 Ga)的构造演化模式:黄陵穹隆北崆岭地区东、西微陆块之间存在始于约2.2 Ga由北西向南东的洋内俯冲,在2.2—2.15 Ga俯冲初始阶段,受俯冲板片流体交代的古元古代亏损地幔熔融形成2.2 Ga橄榄辉石岩的母岩浆,以及2.15 Ga的初始弧岩浆岩。随着俯冲持续进行,俯冲板片沉积物衍生出的熔体交代地幔楔,形成了2.15—2.05 Ga闪长岩-高镁玄武岩-高镁安山岩-富Nb玄武岩等岛弧-弧前火山岩组合。在2.04 Ga上覆大洋岩石圈后方的大陆岩石圈地幔在俯冲流体交代下逐渐弱化,大陆岩石圈地幔楔残片被刮削进入俯冲隧道后垂向底劈侵入上覆大陆岩石圈。在2.0—1.95 Ga,古元古代洋盆闭合,俯冲隧道不同成因岩石发生2.0—1.95 Ga高压麻粒岩-榴辉岩相变质作用,并以平行于俯冲隧道斜向上折返至近地表。(5)综合上述研究,提出扬子克拉通北部基底古元古代是由不同陆块之间的俯冲-增生拼贴形成,并分为2.2—2.0 Ga俯冲起始-增生、2.0—1.95 Ga碰撞拼合和～1.85 Ga造山后伸展三个阶段,其中水月寺混杂岩带东侧基底在古元古代前已组成了一个整体陆块,而西侧可能是不同微陆块在古元古代(2.2—1.85 Ga)不断向东部拼贴增生造山的过程。该造山事件与2.1—1.8 Ga全球范围Columbia超大陆的汇聚事件基本一致。