碰撞造山带的形成和演化记录了大陆俯冲、碰撞造山及陆内裂断等多阶段构造体系的转化,引起了地壳发生明显的变形、变质和岩浆作用,因此是研究大陆动力学和发展板块构造理论的核心区域。汇聚大陆边缘区域变质岩作为受温度和压力变化引起的构造作用产物,可以形成于不同构造背景且表现出不同的P-T轨迹和温压比,因此是反演造山带形成和演化的重要对象。桐柏造山带位于中国中央造山带（秦岭-桐柏-红安-大别-苏鲁造山带）的中部,一方面与其西侧的秦岭造山带相似,记录了早古生代从古大洋俯冲经秦岭微陆块深俯冲到碰撞后再造等一系列过程;另一方面与其东侧的大别-苏鲁造山带相似,记录了三叠纪华南陆块向华北陆块俯冲、碰撞的过程。本学位论文对桐柏造山带麻粒岩和榴辉岩进行了一个复合的变质岩石学和同位素年代学研究,结果不仅揭示出早古生代从大陆碰撞加厚到裂断伸展的动力学过程以及后期超高温变质作用对早期高压变质岩的长时间叠加,而且阐明了中生代大陆俯冲到碰撞的早期演化过程以及后期高温变质作用对早期高压变质岩的短时间叠加。此外,对榴辉岩和石榴角闪岩中的残留锆石还进行了同位素年代学研究,结合全岩地球化学成分,可见扬子克拉通北缘在古元古代时期经历了从古大洋俯冲引起哥伦比亚超大陆聚合到大陆裂断引起这个超大陆试图裂解的构造演化过程。对桐柏造山带麻粒岩进行了岩相学观察、矿物包裹体鉴定、锆石U-Pb定年和微量元素分析、岩石相平衡模拟研究。结果得到,这些麻粒岩经历了～490 Ma的碰撞造山作用和440-405 Ma的裂断造山作用,其中每期造山作用包括两个变质阶段。早期为具有顺时针P-T变质轨迹的碰撞造山作用,石榴石幔部的包裹体矿物组合蓝晶石+钾长石+金红石记录了第一阶段高压麻粒岩相变质（M1）,变质温压条件为785-815℃/10-14kbar;环绕在石榴石边部的后成合晶组合斜方辉石+斜长石+黑云母记录了第二阶段高压麻粒岩相变质（M2）,变质温压条件为840-880℃/10-14 kbar。锆石核部和深色幔部的变质年龄指示,早期的碰撞造山作用发生在490-450 Ma。晚期为具有逆时针P-T变质轨迹的裂断造山作用,石榴石幔部和斜长石的XCa组分等值线指示,岩石受到持续加热进入超高温变质阶段（M3）,变质温压条件为890-980℃/9-11 kbar;石榴石边部以及黑云母XMg等值线显示,超高温峰期变质之后经历了降压冷却到角闪岩相变质阶段（M4）,变质条件740-880℃/7-9 kbar。锆石的浅色幔部以及暗色边部年龄表明,裂断造山作用发生在440-405 Ma。因此,桐柏造山带经历了与北秦岭造山带相似的早古生代时期构造演化,包括寒武纪大陆碰撞形成加厚的造山带岩石圈和高压变质作用以及志留纪大陆裂断引起的岩石圈减薄和超高温变质作用。由于后期长时间的高温-超高温变质叠加,早期大陆碰撞相关的地质记录大部分被抹去,仅有少量信息被矿物包裹体或锆石所保存。对桐柏造山带榴辉岩进行了岩相学观察、相平衡模拟、锆石U-Pb定年和微量元素分析、金红石Zr含量温度计以及多组分温压计算。结果表明,这些榴辉岩经历了多阶段变质演化。石榴石核部的包裹体矿物组合（绿帘石+角闪石+钠长石+石英）记录了早期进变质阶段绿帘角闪岩相变质作用（M0）。石榴石核部组分记录了晚期进变质作用（M1）,变质温压条件为455-510℃/21-25 kbar。石榴石边部XCa组分等值线与金红石Zr含量温度计联合限定了峰期榴辉岩相变质阶段（M2）,变质温压条件为580-625℃/26-27 kbar。基质中Na-Ca质角闪石的成分等值线限定了角闪石榴辉岩相早期退变质阶段（M3）,变质温压条件为580-655℃/14-17 kbar。冠状体或后成合晶组合（榍石+斜长石+冻蓝闪石/普通角闪石+绿帘石）限定了绿帘角闪岩相退变质阶段（M4）,变质温压条件为420-550℃/5-9 kbar。因此,桐柏榴辉岩在早期经历了近等温升压和近等压加热的两阶段进变质演化,在晚期经历了加热减压和降温降压的两阶段退变质演化。锆石U-Pb定年结果显示了两期变质事件,第一期年龄为245 Ma,该期锆石区域具有相对高的Th、U、Nb、Ta和MREE含量,指示其形成于角闪石大量分解的峰期变质阶段（M2）;第二期年龄为240 Ma,该期区域具有相对低的Th、U、Nb、Ta和MREE含量,指示其形成于角闪石大量存在并伴随大规模流体活动的退变质阶段（M3）。结合前人获得的238 Ma的Ar/Ar年龄,指示角闪岩相的热叠加时间较短。通过与红安-大别-苏鲁造山带高压-超高压变质岩的对比可见,华南陆块与华北陆块之间的大陆碰撞过程至少涉及两个阶段。第一阶段是华南陆块东北角率先与华北陆块东南角之间在245 Ma之前发生初始碰撞,导致华南陆块在大别-苏鲁造山带形成既含柯石英也含金刚石的超高压榴辉岩,而在桐柏-红安造山带形成只含柯石英的超高压榴辉岩。在华南-华北陆块初始碰撞后,华南陆块发生了顺时针旋转,导致其在240-210 Ma与华北陆块在秦岭地区发生第二阶段由东向西的逐渐碰撞。由于上覆板块性质的差异,结果造成沿中国中央造山带走向俯冲深度的不同。由于东部地区属于具有古老克拉通性质的大陆岩石圈,结果在大别-苏鲁造山带发生深俯冲,而在具有年轻岛弧地体的中部地区的红安-桐柏造山带只发生了较浅的俯冲。对桐柏造山带变基性岩（榴辉岩和石榴角闪岩）中锆石U-Pb年龄和微量元素的研究发现,这些高级变质岩记录了在1.96-1.63 Ga期间发生的两期岩浆作用和一期变质作用。全岩地球化学分析结果显示,原岩形成于1.96 Ga的变基性岩具有岛弧型微量元素分布特征,即富集LREE和LILE但亏损HFSE;原岩形成于1.63 Ga的变基性岩则具有洋岛型微量元素分布特征,即富集LREE和LILE但无HFSE负异常。此外,1.96 Ga变基性岩原岩中具有扇形环带的锆石区域记录了 1.84 Ga的变质年龄,这些区域具有HREE平坦以及明显Eu负异常的特征,锆石Ti含量温度计结果显示其形成温度为825℃,表明经历了麻粒岩相变质作用。结合扬子克拉通北缘已有研究积累可知,1.96 Ga变基性岩原岩是交代成因岩石圈地幔发生减压熔融的产物,1.84 Ga的麻粒岩相变质作用是造山后的伸展垮塌引起软流圈上涌加热形成的,而1.63 Ga变基性岩原岩形成于大陆岩石圈裂断环境。因此,桐柏造山带的变基性岩记录了从古大洋俯冲经古大陆碰撞到陆内裂断的构造演化,表明扬子克拉通北部参与了哥伦比亚超大陆的聚合和裂解过程。与其它古老克拉通发育的同期裂断岩浆岩相比,扬子克拉通北部1.63 Ga变基性岩的地球化学特征与北澳大利亚同时期变基性岩具有明显相似性,但与南西伯利亚和北劳亚的明显不同,表明扬子克拉通北部与北澳大利亚克拉通在超大陆裂解之前可能相连接。但是,由于在扬子克拉通广泛发现的2.0 Ga的造山运动还未在北澳大利亚克拉通发现,因此需要更多的证据来支持这两个陆块之间的联系。