北山造山带是中亚造山带南缘最后一块拼图,其位于华北克拉通和塔里木克拉通衔接处,且连接着南天山缝合带和索伦缝合带,其对中亚造山带南缘汇聚、增生、拼合以及稳定过程具有重要约束力。北山造山带经历了多期次岩浆-变质事件,形成了一系列复杂的元古代至中生代岩浆-变质-沉积序列。本文立足于野外区域地质调研,对造山带内出露的中元古代-晩古生代火成岩进行了系统的岩石学、锆石U-Pb年代学、锆石Hf同位素和全岩地球化学研究,确定了研究区前寒武纪微陆块的分布范围、起源及其与Nuna-Rodinia超大陆演化的关联,厘定了古生代岩浆活动的时空分布规律,解析了不同时代岩石单元的成因和形成环境,从而为探讨北山造山带大陆地壳的形成、演化及对应的构造过程提供了依据。高精度LA-ICP-MS锆石U-Pb年代学结果显示北山造山带内构造热事件主要发生于元古宙和显生宙。北山造山带南部古堡泉及雅丹地区眼球状片麻岩侵位时代分别为900-890 Ma和933±2 Ma,锆石的继承核年龄一般为中元古代。旧井地区花岗质片麻岩的锆石U-Pb年龄为1450-1401 Ma;同时,出露于旧井、桥湾和石板墩等地区的晚古生代岩体中含有大量捕获锆石,其U-Pb年龄也集中于~1.4 Ga。综合继承锆石、捕获锆石和岩浆岩的年代学数据,本文认为北山造山带南部具有广泛分布的中元古代基底。而且,中元古代锆石具有亏损的Hf同位素组成(εHf(t)=+2.0-+11.1)及较年轻的锆石Hf模式年龄(1.9-1.4 Ga),可能代表了显著的地壳生长事件。相反,新元古代岩浆锆石振荡环带区域εHf(t)值变化范围很大(-16.1-+10.2),明显指示了先存地壳的强烈改造过程。本文认为中元古代是北山造山带南部基底形成的时代,而新元古代是基底固结的重要时期。另外,北山造山带南部微陆块与塔里木克拉通及敦煌地块前寒武纪构造热演化史存在明显差异,不支持前人提出的它们之间具有构造亲缘性的观点。相反,其与相邻的中天山岛弧具有完全相似的前寒武纪构造热演化史,暗示两者可能有共同的起源。新元古代花岗质片麻岩显示高钾-钙碱性特征,且明显富集轻稀土和大离子亲石元素,亏损重稀土和高场强元素(Nb、Ta、Ti)以及Sr、Ba等元素。岩相学和地球化学特征揭示了其I型花岗岩属性,与典型的安第斯弧花岗岩类似,可能形成于活动大陆弧环境。综合考虑北山造山带南部同时期与增生造山相关的变质事件,本文认为新元古代岩浆活动可能是对Rodinia超大陆汇聚过程的响应;另外,本文发现中亚造山带南缘(包括北山造山带南部)中元古代花岗质片麻岩具有连续演化的地球化学特征,即随着年龄逐渐年轻,其Ga/Al比值和Zr+Nb+Ce+Y含量等关键地球化学指标逐渐升高,反映了短期内从造山花岗岩向非造山花岗岩的转变,相对应的构造环境则由挤压转变为伸展。本文推测北山造山带南部及中亚造山带南缘其它微陆块内中元古代岩浆事件记录了Nuna超大陆演化晚期其外围由挤压向伸展环境转变的过程。北山造山带内广泛分布早古生代岩浆岩,它们多数是花岗质成分且普遍经历过强烈的变质-变形作用。石板井、红柳峡等地区的早古生代样品形成于464-428Ma,富集轻稀土及大离子亲石元素而明显亏损Nb、Ta和Ti等元素,是典型的弧花岗岩。它们的锆石εHf(t)值变化范围较大(-16.7-+12.8),Hf模式年龄为2.1-0.6 Ga;而且石板井地区闪长岩中斜长石具有相对演化的初始Sr同位素组成(87Sr/86Sr=0.7145-0.7253)。早古生代花岗质岩石的轻重稀土分异显著,表明岩浆源区可能存在石榴石残余,这些特征均暗示岩浆源区以古老地壳再造为主,可能也涉及不同比例幔源物质的加入。综合上述证据,本文认为这些早古生代的花岗质岩体形成于与俯冲相关的挤压环境。晚古生代的岩浆岩以双井子地区的花岗闪长岩、石英闪长岩及镁铁质包体为代表,它们主要形成于330-281 Ma,具有十分亏损的εHf(t)值(+5.8-+13.2),而且双井子地区花岗闪长岩和石英闪长岩具有较初始的长石Sr同位素组成(87Sr/86Sr=0.7037-0.7072),这些特征均表明晚古生代岩体形成于新生地壳的重熔。相对于早古生代样品,它们具有更低的La/Yb比值,而且几乎没有经历过变质变形作用。本文认为双井子地区晚古生代岩体形成于伸展环境。因此,北山造山带北部经历了从早古生代大陆弧背景下古老地壳的再造到晚古生代伸展背景下新生地壳的重熔,相对应的地壳生长方式也由早古生代的弧岩浆增生(横向)为主转变为晚古生代的幔源物质底侵(纵向)为主。北山造山带中-南部马鬃山和花牛山地区发育早泥盆世A型花岗岩(411-399Ma),它们具有亏损的锆石Hf同位素组成(马鬃山和花牛山样品的εHf(t)值分别为-2.9-+5.7和+4.5-+11.1),表明早泥盆世地壳生长十分显著。而且马鬃山样品具有更富集的Hf-Nd同位素,这说明马鬃山单元并不是前人所认为的早古生代岛弧。考虑到:1)花牛山及马鬃山单元内花岗质岩石的Ga/Al比值在早泥盆世突然升高;2)晚古生代岩浆记录主要为374-365 Ma的埃达克岩、290-270 Ma的后碰撞花岗岩、与地幔柱相关的基性岩、A型花岗岩以及双峰式火山岩,完全不同于早泥盆世之前的弧花岗岩;以及3)寒武-奥陶纪的沉积地层以弧前盆地环境为主,不同于早泥盆世之后的陆源沉积或者弧后沉积环境,本文认为早泥盆世A型花岗岩反映了增生造山过程中前进造山阶段向后撤造山阶段的转变。锆石U-Pb年代学表明,北山造山带和敦煌地块毗邻的赤金峡水库、青山农场和桥湾地区记录的岩浆活动主要为晚奥陶纪世-早志留世(455-435 Ma)和早二叠世(296-274 Ma)。前者主要是中酸性岩浆作用(Si O2=54.1-74.9 wt.%),而后者以Si O2含量变化大为特征(46.4-72.6 wt.%)。它们的成因与上述北山造山带北部早-晚古生代岩体类似,即岩浆源区由早古生代相对较深的中酸性成分(古老地壳)演变为晚古生代相对较浅但更基性的成分(新生地壳)。这种改变也可能是由挤压环境向伸展环境转换所引起的。本文综合对比分析了该区域与北山造山带南部以及敦煌地块的构造热-岩浆事件,发现古生代时期此区域具有与敦煌地块完全不同的构造热演化历史,而且疏勒河以南与疏勒河以北的岩浆作用时间、地壳演化方式、沉积地层特征均具有显著差异,因此本文提出北山造山带南部和敦煌地块以疏勒河为界分割开来。另外,考虑到北山造山带南部早古生代以大规模花岗质岩体为主,敦煌地块则以高压变质岩为主,本文认为古亚洲洋向南俯冲推动北山造山带南部逆冲于敦煌地块之上。这一过程主导了北山造山带南部早古生代地壳-构造演化,而晚古生代构造演化则可能与弧后盆地体系的开启有关。综上所述,北山造山带古生代岩浆活动广泛发育,在奥陶-志留纪以及石炭-二叠纪达到了高潮,其它时期岩浆活动规模和作用范围相对较小。早古生代期间,古亚洲洋向南俯冲导致北山造山带南部与敦煌地块相互作用主导了北山造山带北部及南部构造演化过程,该过程产生的岩浆岩分布在旱山南部、马鬃山、花牛山北部以及石板山南部;这些样品的锆石Hf同位素组成变化很大,这不仅指示了古老地壳强烈再造,也需要不同比例幔源岩浆的贡献,此阶段地壳生长方式以弧增生(横向)为主;泥盆纪岩浆活动主要集中在马鬃山及花牛山单元内,以A型花岗岩为主,其具有明显亏损的锆石Hf和全岩Nd同位素特征,表明此阶段地壳生长也十分显著。晚古生岩浆活动主要分布在柳园断裂带和红石山缝合带两条带上,而且整个北山造山带内晚古生代脉体侵入先存岩体的现象十分普遍。这些岩石主要表现出亏损的锆石Hf或全岩Nd同位素特征,表明晚古生代地壳生长更加显著,生长方式主要以幔源岩浆底侵(纵向)为主。这期间,北山造山带北部和南部可能分别处于洋壳俯冲和弧后伸展环境。