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库鲁克塔格地块是塔里木克拉通东北缘一个重要的前寒武纪露头区,该区经历了漫长的地质演化历史,形成了复杂的岩石组合。本文在详细的野外实测剖面基础上,对库鲁克塔格西段库尔勒-西山口地区的前寒武纪变质深成岩、变质表壳岩及侵入其中的未变质花岗岩进行了系统的岩石学、锆石LA-ICP-MS和SHRIMP U-Pb定年、锆石原位Hf-O同位素分析及地球化学分析,确定了这些岩石的形成时代、成岩过程及变质-变形历史,探讨了塔里木克拉通北缘太古宙地壳演化、古元古代与新元古代两期构造-热事件的动力学背景及其与Columbia和Rodinia超大陆演化的关系等重大问题。野外实测剖面表明,库尔勒地区发育一套主要由变质火成岩(正片麻岩、片麻状花岗岩和斜长角闪岩)、变质沉积岩(云母石英片岩、副片麻岩、石英岩、大理岩)及混合岩组成的新太古代-古元古代变质杂岩体,本文称之为“库尔勒杂岩”。结合LA-ICP-MS和SHRIMP锆石定年,本文首次在库尔勒杂岩中识别出-2.71-2.74Ga的正片麻岩和斜长角闪岩,这是目前为止在库鲁克塔格地区识别出的具有可靠年龄的最古老岩石；年代学数据表明,这些岩石至少受到～2.0-1.8Ga和～0.8-0.6Ga两期变质事件的影响。锆石Hf-O同位素特征表明,同期的亏损地幔与至少3.4-3.5Ga的古老大陆地壳均参与这些-2.7Ga岩浆岩的形成过程。地球化学数据表明,-2.7Ga的斜长角闪岩的原岩类似于岛弧拉班玄武岩和岛弧富Nb或高Nb岛弧玄武岩,正片麻岩可能是斜长角闪岩的母岩浆AFC作用的产物；这一岩石组合类似于北美Superior省和Dharwar克拉通中许多-2.7Ga绿岩带中的岛弧火山岩组合,指示大陆岛弧环境下年轻洋壳的“热”俯冲,这一过程可能对新太古代地壳生长和分异都具有重要意义。对已有锆石原位U-Pb年龄和Hf同位素数据的总结表明,塔里木克拉通可能经历了～2.7Ga和～2.5Ga两期重要的新太古代岩浆作用,-2.7和-2.5Ga均为地壳生长的重要时期,但这些新太古代岩石的锆石Hf模式年龄并不代表地壳生长时间,而是岩浆混合作用的假象库尔勒地区的古元古代变质沉积岩(兴地塔格群)经历了复杂的变质作用和混合岩化。云母石英片岩矿物组合与温压估算表明其经历了高角闪岩相变质,峰期温压条件为P=11±2kbar,T=690±50℃。云母石英片岩、石英岩、混合岩化副片麻岩等变质沉积岩均记录了～1.85Ga的变质事件,但其中多数碎屑锆石已发生溶解-再沉淀,形成新生变质锆石,其初始176Hf/177Hf比值相对均一,可能是碎屑锆石溶解与石榴子石分解为绿泥石这两个过程中释放的Zr-Hf在变质流体中发生混合与同位素均一化的结果,因此其变质年龄代表退变质时代,而非峰期变质时代。该区的混合岩化副片麻岩和浅色花岗岩至少记录了三期混合岩化作用,即：～1.85Ga、～830Ma和～660Ma。～1.85Ga的混合岩化可能与区域高级变质导致的原地深熔作用有关,而～830Ma的浅色花岗岩则来自于深部或邻区地壳的重熔及大规模熔体运移和注入；这两期混合岩化可能分别反映了古元古代晚期和新元古代中期的两期区域造山事件,而第三期～660Ma的混合岩化可能是碱性花岗岩侵入导致的局部重熔的结果。相反,西山口地区的云母片岩和副片麻岩可能仅经历了绿片岩相变质,其变质年龄为～1.93Ga,与侵入其中的～1.93-1.94Ga的花岗岩年龄一致。这些样品中存在大量2.0-3.5Ga的碎屑锆石,说明变质重结晶和新生锆石生长较弱,其中最年轻的碎屑锆石年龄峰为～2.05Ga,与库尔勒地区个别样品中的残留碎屑锆石记录一致,表明兴地塔格群的沉积时代为2.05-1.94Ga。与已知岩浆记录的对比及锆石形态分析表明,这些2.0-3.5Ga碎屑锆石可能主要来源于塔里木北缘的酸性岩浆岩,记录了该区地壳演化的重要信息。这些碎屑锆石大多具有高δ18O和负εHf(t)值,表明其源区岩浆岩可能主要来自以具有高δ18O的成熟沉积物为主的古老地壳的再造。线性回归分析表明,岩浆源区最老和最年轻的地壳组分分别为3.7-3.9Ga和2.78Ga,且两者的176Lu/177Hf比值均为～0.01,这一比值明显低于基性岩,而与酸性岩一致,说明塔里木克拉通北缘可能存在3.7-3.9Ga的古老大陆地壳,比前人识别出的～3.3Ga地壳组分老很多,且至～3.5Ga时已发生壳内熔融和分异,形成的成熟大陆地壳。此外,SHRIMP和LA-ICP-MS锆石定年表明,西山口地区广泛发育的古元古代晚期片麻状(蓝石英)花岗岩均侵位于1.93-1.94Ga,并在岩浆结晶之后不久的1.91-1.92Ga发生变质作用,但岩体侵位年龄和变质年龄只有SHRIMP数据才能区分。锆石Hf-O同位素模拟表明,该期岩浆岩涉及幔源新生物质的加入和古老表壳岩系的再造。相对富钾的二长花岗岩、石英闪长岩/石英二长岩、含石榴子石花岗岩可能是幔源基性岩侵入导致变质沉积岩(即兴地塔格群)部分熔融及岩浆混合作用的结果,而相对富钠的奥长花岗岩和英云闪长岩可能是新生基性下地壳在金红石榴辉岩相(>50km)条件下部分熔融并受浅部沉积物混染的产物。库鲁克塔格地区1.94-1.91Ga的岩浆-变质事件可能发生于安第斯型大陆岛弧环境,并随后卷入1.85Ga的陆陆碰撞造山作用。对已有年代学数据的总结表明,塔里木克拉通南、北两缘分别发育一条古元古代晚期造山带,即～1.9-1.8Ga的塔北造山带和～2.0-1.9Ga的塔南造山带,分别与华北克拉通中部造山带和孔兹岩带类似。通过区域对比认为,塔里木-敦煌-阿拉善-阴山等地块在新太古代-古元古代可能为统一陆块,并沿2.0-1.9Ga的孔兹岩带-塔南造山带与鄂尔多斯地块及其西延部分发生碰撞,随后又分别沿华北中部造山带和塔北造山带于～1.85Ga发生碰撞,形成Columbia超大陆的一部分。库鲁克塔格西段发育三期未变质的花岗质岩石,分别形成于新元古代中期(～830-820Ma)、新元古代晚期(～660-630Ma)和古生代中期(～420-400Ma)。新元古代中期花岗岩主要来源于太古宙基性下地壳的低温含水熔融,可能形成于岛弧环境；而新元古代晚期和古生代中期花岗岩均来自于幔源新生岩浆与古老地壳物质的混合,但前者具有较高的熔融温度和较低的熔融压力,可能形成于弧后裂谷环境,而后者的熔融条件相反,可能形成于新的大陆岛弧环境。结合塔里木北缘的其他岩石学、年代学和同位素数据,本文提出塔里木北缘新元古代至古生代长期(950-300Ma)俯冲-增生造山作用模型。这一模型分为早期向南推进的安第斯型增生造山阶段和晚期向北后撤的西太平洋型增生造山阶段,前者导致俯冲相关的岩浆作用和变质变形从伊犁、中天山、旱山等微陆块(-950-900Ma)向塔里木北缘(-830-780Ma)迁移,后者可能归因于向北的板片回卷和海沟后撤,相关的弧后裂谷作用(-780-600Ma)导致南天山洋的打开。南天山洋的俯冲闭合可能是双向的,并分别在塔里木北缘和伊犁-中天山-旱山形成-460-400Ma的两条近于平行的岩浆弧。这一模型将中亚造山带西南部的俯冲-增生历史从古生代延伸至新元古代,并将其与环Rodinia增生造山系统相联系,表明塔里木与西伯利亚之间可能存在对称的增生造山系统。