南天山位于中亚造山带南部,塔里木盆地北缘。长期以来,有关其在古生代时期的演化规律、南天山古洋盆的俯冲方式、俯冲作用规模、持续时间及闭合时限等科学问题研究都是地学界的热点。本研究报道了出露于南天山造山带南缘(塔里木克拉通北缘)的咔拉吾勒及欧西达坂古生代钙碱性侵入岩的锆石U-Pb-Hf同位素及地球化学数据,其中咔拉吾勒细粒闪长岩、欧西达坂花岗闪长岩及钾长花岗岩的年龄分别为413.2±5.5Ma、407.3±5.1Ma及409.3±5.2Ma,都形成于早泥盆世。结合前人对研究区欧西达坂石英闪长岩的年代学(418.4±2.2Ma)及地球化学数据,确定了泥盆纪时期南天山南缘发育一套钙碱性的闪长岩-石英闪长岩-花岗闪长岩-花岗岩的岩石组合,各岩体表现出相近的时空分布及地球化学特征,判断各岩石应为同源岩浆结晶分异的产物。欧西达坂花岗闪长岩的锆石Lu-Hf同位素数据显示出较大范围的176Hf/177Hf比值(0.282185~0.282901)、εHf(t)值(-12.0~12.9)及t DM2模式年龄(573~2149Ma),体现出新老地壳物质混染的特征,指示其母岩浆为混合岩浆。结合各岩石富集大离子亲石元素(LILE)(如:Rb、Ba、Th、Sr),亏损高场强元素(HFSE)(如:Nb、Ta、Zr、Hf)及低Nb/Ta比值等特征,本研究推断该岩石组合为弧岩浆岩系列,其母岩浆可能产生于俯冲消减构造环境下新生玄武质岩浆与老陆壳重熔酸性岩浆的混合,并经历了一定的结晶分异而成岩。进一步的综合分析表明,南天山南缘古生代中期一系列岩浆活动的时代至少从晚奥陶世一直持续到晚石炭世-早二叠世,而南天山古洋盆至少于奥陶纪期间向北(伊犁-中天山地块)发生单向俯冲。晚奥陶世-泥盆纪期间,其东、西两段的俯冲极性或有所不同,西段或为持续的北向俯冲,东部地区为向南北双向俯冲,塔里木北缘在该侧转变为活动大陆边缘。本研究旨在为南天山造山带古生代期间的构造演化提供一定的约束条件。