大陆裂谷是整个岩石圈的热状态、结构和成分受区域性伸展改造的构造带。在大陆裂解过程中,大量来自软流圈地幔的物质和热量被输送到岩石圈地幔以及地壳。此外,伸展作用导致地壳内广泛发育正断层和裂隙,引起地表流体渗透到地壳深部。因此,大陆裂谷是地表水-岩石相互作用、高温变质作用和双峰式岩浆作用等主要地质过程发生的理想场所。研究大陆裂谷对理解板块构造理论和大陆地壳演化至关重要。尽管华南陆块北缘的东端部分在三叠纪向华北陆块俯冲并与之碰撞形成大别-苏鲁造山带,它在新元古代Rodinia超大陆裂解期间是一个大陆裂谷带。大陆裂谷过程的记录在低级变质岩(例如北淮阳变质花岗岩)中有较好保存,在超高压变质岩的难熔矿物(如锆石)中也有保存。此外,在大陆俯冲和折返过程中,地壳发生广泛的脱水和深熔作用。本博士学位论文聚焦大别造山带北部北淮阳地区的变质花岗岩和变质玄武岩样品以及苏鲁造山带东北部威海地区的花岗片麻岩和混合岩样品,对这些岩石开展了综合的岩石学和地球化学研究。研究结果不仅揭示了大陆裂解期间上地壳地表水活动、高温变质作用和岩浆作用,而且发现了转熔矿物在研究大陆俯冲带地壳深熔作用和地球化学分异中的重要性。这些对认识大陆裂谷带地球化学具有重要参考价值。对北淮阳地区的变质花岗岩和变质玄武岩样品进行了综合的岩石学和地球化学研究。研究结果表明华南陆块北缘在中新元古代发生了区域高温低压变质作用,证实大陆裂谷是适合发生区域高温低压变质作用的构造背景这一假说。这是首次在新元古代大陆裂谷带中识别出典型的高温低压变质岩。在这些岩石中,高温低压变质作用的特征矿物红柱石和矽线石都有出现。红柱石和岩浆锆石的δ18O值分别为-11.7‰和4.8-6.2‰,这说明铝硅酸盐是高温低压变质作用的产物,而变质原岩是遭受过大陆冰川融水热液蚀变的岩石。视剖面计算指示高温低压变质作用发生在1.0-3.5 kbar和560-660℃的条件下。变质榍石U-Pb定年得到高温低压变质作用的年龄约为750 Ma,与Rodinia超大陆裂解的时代一致。变质原岩显示双峰式岩石化学和类似弧型的地球化学特征,指示它们是裂谷岩浆岩。Rodinia超大陆的聚合形成了格林威尔期的增生型造山带,大陆裂解通常沿这些构造不稳定带发生。因此,大陆裂解产生的镁铁质岩浆岩具有先前交代地幔源区的地球化学特征。大陆裂解与岩石圈伸展一起造成上地壳高的热流,热量主要来自软流圈地幔。将变质花岗岩中产热元素提供的热流值与形成变质峰期矿物组合所需的热流值进行对比,结果支持这一观点。因此,大陆裂谷是形成高地温梯度、发生区域高温低压变质作用的一个重要场所。对北淮阳地区的含石榴石变质花岗岩样品的研究综合了岩相学、矿物地球化学、原位石榴石氧同位素、原位锆石U-Pb年龄和氧同位素。研究结果揭示了新元古代大陆裂谷带中地壳的水-岩反应和变质脱水。根据岩相结构和矿物成分,变质花岗岩中的石榴石可以分为三种类型,包括Ⅰ类热液石榴石、Ⅱ类变质石榴石和Ⅲ类交代石榴石。它们分别形成于热液蚀变、变质脱水和钠长石化期间。所有石榴石以-19.3‰到-14.5‰的负δ18O值为特征。相比之下,同一样品中的岩浆锆石具有3.3‰到6.2‰的正δ18O值。热液成因的Ⅰ类石榴石获得非常负的δ18O值,需要大陆裂解期间大陆冰川融水的参与。然而,锆石的δ18O值指示它生长于正常δ180岩浆侵位期间,因此发生在冰川融水热液蚀变作用之前。一旦岩石遭受热液蚀变作用,18O亏损特征将出现在后期的所有产物中,比如变质成因Ⅱ类石榴石。此外,石榴石成分环带揭示钠长石化发生在较晚阶段。氧同位素的继承通常通过局部的矿物反应在封闭系统中进行。矿物地球化学不仅记录了大陆裂谷岩浆作用、水-岩相互作用和区域变质作用的先后顺序,也记录了大陆裂解期间地壳内温度和水活度的演化。对威海地区的花岗片麻岩和混合岩样品进行了综合的原位锆石氧同位素和U-Pb年龄研究。研究结果证明华南陆块北缘在中新元古代存在负δ18O岩浆作用。锆石U-Pb定年得到的原岩年龄为753±15 Ma到780±13 Ma,变质年龄为209±3 Ma到244±7 Ma。U-Pb年龄谐和的新元古代锆石核部具有较大的δ180范围,为-11.0‰到5.8‰。这与U-Pb年龄不谐和的锆石核部的δ18O范围几乎相同。一些样品的三叠纪锆石边部具有均一的δ18O值,约为-10‰。然而,其他样品锆石边部的δ18O范围较大,为-9.8‰到5.0‰。对于U-Pb年龄谐和的新元古代锆石核部,低至-11.0‰的δ18O值是首次报道,代表中新元古代负δ180岩浆作用的原始记录。尽管岩石在三叠纪经历大陆俯冲带高压/超高压变质作用,变质脱水和部分熔融并没有清除原岩锆石核部异常的δ18O记录。保守估计指示与岩石发生反应的热液流体应具有低于-10‰的δ18O值,对应于寒冷气候的大气降水或者局部大陆冰川的融水。新元古代锆石核部的氧同位素组成显示空间变化,这是古老的热液-岩浆系统中氧同位素不均一性的表现。中新元古代热液蚀变作用的空间不均一性在三叠纪变质过程中被锆石边部大的δ18O范围所记录。地表水与深部岩石之间强烈的氧同位素交换需要高的温度和高的水/岩比值。这两个条件可以在华南陆块从Rodinia超大陆裂解出去形成的大陆裂谷中实现。对威海地区的花岗片麻岩和混合岩样品进行了综合的岩相学、矿物包裹体、矿物主微量元素组成、锆石和榍石U-Pb年龄以及锆石Hf-O同位素研究。实验结果限定了大陆俯冲带多期地壳深熔作用的时间、P-T条件和机制。野外和岩相学两方面的观察识别出地壳深熔作用在不同尺度的表现,它们包括:(1)露头尺度,扭曲的淡色体;(2)岩石薄片尺度,外形不规则的残留多硅白云母、尖锐状钾长石和石英以及颗粒边界的熔体假象;和(3)矿物颗粒尺度,多硅白云母、锆石和石榴石中的多相结晶包裹体。根据多相结晶包裹体的出现和矿物化学成分特征,转熔成因的锆石和石榴石得以识别。它们形成于两期多硅白云母脱水熔融事件。第一期多硅白云母脱水熔融发生在压力超过3.5 GPa的超高压条件,正值初始折返阶段,年龄为237±3 Ma。第二期多硅白云母脱水熔融发生在约2.3 GPa的压力下,正值高压榴辉岩相向角闪岩相变质转变阶段。通过与天然样品和实验产物的岩相结构进行对比,转熔成因的角闪石和榍石也得以识别出来。它们由水致熔融产生,发生在650-729 ℃和600 MPa的条件下,年龄为217±7 Ma到222±2 Ma。由于参与转熔反应的是局部范围的先存矿物,转熔矿物通常继承反应矿物的地球化学特征。但是,在随后的深熔过程中,由于P-T条件显著地偏离转熔矿物形成时的初始条件,它们一般会发生溶解。转熔锆石和转熔石榴石的溶解特征以及高度他形的转熔角闪石都支持这一点。因此,转熔矿物的行为会显著地影响地壳深熔作用的地球化学分异。