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热状态和壳幔岩浆作用是理解早期地壳形成演化动力学体制的关键,长期以来研究者们基于假设或推断的早期地球热状态提出了各种各样的太古宙壳幔动力学体制模型。当前,华北克拉通东部太古宙末期的地球动力学体制还存在地幔柱和板块构造等动力学体制方面的激烈争议,有效限定太古宙不同时期的岩石圈热状态和壳幔相互作用过程是解决这些科学问题的关键。华北克拉通是世界范围内为数不多保存有中-新太古代（～3.0-2.5 Ga）岩石记录的克拉通之一,是研究太古宙末期地壳生长和演化并探索地球动力学机制转变的重要窗口。本论文（1）以华北克拉通东部太古宙多个时期的TTG片麻岩和富钾花岗质岩石为主要研究对象,通过系统的地质学、岩石学、矿物学、地球化学、地质年代学、锆石Lu-Hf同位素和热力学综合研究,重点探讨了中-新太古代花岗质岩石成因及其限定的岩石圈热状态和壳幔动力学过程,获得的主要创新性研究成果与认识如下:（1）在辽北地体的抚顺东南部识别出了一套新太古代晚期（2525-2564 Ma）的闪长岩-石英闪长岩-二长闪长岩-花岗闪长岩组合,其地球化学特征均符合太古宙赞岐岩的定义。岩石成因研究表明绝大多数赞岐岩起源于交代地幔部分熔融,个别样品在岩浆演化过程中经历了不同程度的角闪石+单斜辉石分离结晶作用。根据太古宙赞岐岩的源区性质研究,提取出Nb/Zr、Nb/Ta和Zr/Hf等地化指标,可以有效区分洋壳残片熔体、俯冲沉积物熔体和流体等地幔交代介质,据此确定辽北地体新太古代晚期赞岐质岩浆形成于受俯冲带流体、板片熔体和沉积物熔体交代的岩石圈地幔的部分熔融,说明复杂的地幔交代作用是太古代花岗质岩浆作用多样化的必要条件。（2）新太古代晚期不同类型的火成岩在鲁西变质地体的西南部广泛出露。根据它们的野外接触关系、岩石学特征、全岩地球化学及锆石U-Pb-Lu-Hf同位素特征,识别出8种主要的岩石组合。其中～2.55-2.50 Ga的钾质花岗岩SiO2含量最高,来源于变质杂砂岩的部分熔融;～2.56-2.52 Ga的TTG片麻岩富Al2O3、Na2O,贫MgO,是加厚镁铁质下地壳部分熔融的产物;～2.53 Ga的石英正长岩碱含量最高,其源岩为幔源的玄武质岩石和再循环的沉积物;～2.53-2.52 Ga的石英闪长岩-石英二长闪长岩属于未分异型的赞岐岩,形成于受俯冲带熔体/流体交代的地幔楔部分熔融;～2.54-2.52 Ga的高镁花岗闪长岩（分异型赞岐岩）是壳幔岩浆混合的产物;～2.53 Ga的角闪石岩是石英闪长（1）本研究得到国家自然科学基金项目（41530207和41772188）资助。质岩浆的同源堆晶体;～2.51-2.49 Ga的辉长岩形成于受俯冲带流体交代的地幔楔的部分熔融;～2.54-2.53 Ga的高镁安山岩（玻安岩）起源于难熔地幔的部分熔融,该地幔源区先经历了玄武质岩浆的抽提,随后又受到板片熔体的交代而富集大离子亲石元素和轻稀土元素。结合同时期各种侵入岩和变质火山岩的岩石成因研究,说明新太古代晚期壳幔相互作用和交代地幔的部分熔融是产生镁铁质岩浆的主要热-动力学过程,幔源岩浆的底侵作用促使地壳物质发生部分熔融,形成了各类花岗质岩浆,并导致了壳幔岩浆混合作用。（3）建立了华北克拉通东部中-新太古代TTG片麻岩的数据库,收集并整理了397个TTG样品的有效地球化学资料。统计结果显示,TTG片麻岩的形成时代从3.0 Ga到2.5 Ga几乎连续分布,但峰值出现在～2.91 Ga,～2.72 Ga和～2.53 Ga,并在～2.53 Ga前后达到最大峰值。中太古代晚期（～2.9 Ga）TTG在冀东、胶东、安徽等地发育;新太古代早期（～2.7 Ga）TTG主要发育在辽北-吉南、胶东、鲁西、登封-太华、赞皇和阜平等地;新太古代晚期（～2.5 Ga）TTG几乎在每一个太古宙结晶基底出露区都广泛发育。（4）在大量太古宙TTG片麻岩样品中,筛选出大陆地壳底部镁铁质岩石部分熔融成因的TTG样品。通过壳源TTG片麻岩的全岩热力学和微量元素地球化学模拟,结合一维热传导模型,发展了太古宙地壳厚度和热状态的研究方法。热力学-微量元素模拟结果显示不同时代壳源TTG熔体产生的温压条件分别为:～2.9 Ga:810-880℃,0.9-1.1 Gpa;～2.7 Ga:760-860℃,1.1-1.8 Gpa;～2.5 Ga:750-830℃,1.1-1.7 Gpa。这里的熔体压力反映了地壳厚度的最小值,而熔体温度近似等于莫霍面温度的最小值。在已知地壳厚度和莫霍面温度的前提下,根据经典的地热学-一维热传导模型,通过数学建模重建了大陆岩石圈的热结构。（5）根据地壳厚度、基底热流值和莫霍面地温梯度的时空演化特征,结合前人的数值模拟实验、岩石学和构造地质学研究,我们将华北克拉通东部中-新太古代系统的地球动力学演化分为三个阶段:～2.9-2.8 Ga显示较薄的地壳厚度（30-39 km）,较高的莫霍面地温梯度（21-31℃/km）和基底热流值（46-80 mW/m2）,反映了较高的地幔潜能温度和较薄的岩石圈厚度,结合同期科马提岩和伸展构造的发育,表明地幔柱相关的垂向构造体制在中太古代晚期发挥主导作用;华北克拉通东部的地壳厚度从～2.8 Ga开始迅速增加,并在～2.7 Ga时达到最大厚度（33-62 km）。在地壳增厚期间,莫霍面的地温梯度从21-31℃/km下降到7-24℃/km,基底热流值也显著降低,这反映了对流地幔的迅速冷却和岩石圈的增厚。这一时期的火山岩岩石组合由超基性的科马提岩转变为钙碱性火山岩,构造样式也发生了从伸展到挤压的变化。这些热力学、岩石学和构造学资料均表明这一时期的动力学体制发生了明显的转变,热俯冲板块构造在新太古代早期已经成为主导的地球动力学体制;新太古代晚期（2.7-2.5 Ga）是地壳稳定期,地壳厚度（33-59 km）、莫霍面地温梯度（8-22℃/km）和基底热流值（20-50 mW/m2）与前一阶段相比略有下降,但基本上保持稳定,说明以热俯冲为主导的地球动力学体制可能具有连续性。此外,这一时期的大陆岩石圈热状态在空间上具有明显的分带性,与现今大陆俯冲带的热结构十分类似,表明较大规模的板块构造已经全面启动。（6）太古宙末期（～2.5 Ga）,华北克拉通富钾花岗质岩石的比重显著增加,未变形的基性岩墙群也广泛发育。这些地质现象,结合相对较低的地幔潜能温度和较厚的岩石圈,暗示岩石圈逐渐趋于稳定并在太古宙末期完成克拉通化。