板块构造理论是二十世纪地球科学最伟大的理论,大陆俯冲带丰富了板块构造理论,开创了地质学研究的新时代。在大陆深俯冲变质过程中,高压-超高压变质岩在高压麻粒岩相条件下的演化、微量元素在其矿物中的配分以及熔流体活动对于理解大陆深俯冲地球动力学机制、俯冲带壳幔相互作用以及物质再循环都具有重要意义。柴北缘造山带经历了从大洋俯冲到大陆深俯冲的完整过程以及广泛的部分熔融作用。本文选取该造山带绿梁山地区的变基性岩及其中脉体和围岩片麻岩,进行了详细的岩相学、矿物化学、全岩元素和同位素地球化学分析以及锆石学研究,探讨了变基性岩在大陆深俯冲过程中的矿物和元素行为,查明了变基性岩在高压麻粒岩相条件下的熔流体活动,为大陆深俯冲过程中熔流体活动的来源、时限、期次以及流体性质提供了有效制约,从而深化了对大陆俯冲带化学地球动力学的认识。绿梁山地区变基性岩主要包括退变榴辉岩和石榴角闪岩两种类型,退变榴辉岩主要由石榴石、单斜辉石、斜长石、石英以及少量角闪石组成,副矿物包括金红石、榍石、钛铁矿、磷灰石、锆石等。石榴角闪岩主要由石榴石、角闪石、斜长石和石英以及锆石、金红石、钛铁矿、榍石和磷灰石等副矿物组成。在变基性岩的基质、石榴石和锆石包体中均发现有绿辉石,证明变基性岩是由榴辉岩退变而来的。所研究的变基性岩的岩石化学组成均较为相似,SiO2含量为47.2-49.7 wt.%。一部分样品表现出近平坦的HREE配分模式,LREE亏损或富集但是没有Eu异常,而另外一些样品则表现出较高的REE含量和更大的轻重稀土分异以及弱的Eu负异常(Eu/Eu*=0.73-0.78)。一个退变榴辉岩样品的石榴石颗粒和三个石榴角闪岩样品的石榴石核部呈现平坦的HREE配分模式伴随无或弱的负Eu异常,或呈现上凸的MREE和平坦的HREE配分模式和无Eu异常,指示它们生长于榴辉岩相阶段。石榴角闪岩的石榴石边部则表现出陡峭的HREE配分模式和明显的负Eu异常,或呈现下凹的MREE和平坦的HREE配分模式和无Eu异常,指示它们在麻粒岩相阶段生长。榴辉岩相条件下微量元素组成的差异可归因于共生的富MREE矿物和全岩组分差异,而麻粒岩相条件下的组成差异则归因于不同亚阶段深熔熔体存在条件下长石生长和先存石榴石消耗的差异。除原岩年龄为~900 Ma的残留岩浆锆石外,大部分锆石核部均呈现430-441 Ma的U-Pb谐和年龄,平坦的HREE配分模式和无或弱的负Eu异常,含有石榴石、单斜辉石和蓝晶石等包体,表明其生长于榴辉岩相变质条件。锆石边部呈现419-424 Ma的谐和U-Pb年龄,平坦至陡峭的HREE配分模式和无或明显的负Eu异常,含有石榴石、单斜辉石、斜长石和金红石包体,指示其生长于麻粒岩相条件。这些锆石在不同的区域和不同样品中也表现出不同的Hf-O同位素特征。这些元素和同位素组成差异表明,榴辉岩相和麻粒岩相条件下锆石具有不同的形成机制。榴辉岩相变质过程中,锆石以外的其它矿物主要参与锆石的形成;而麻粒岩相变质过程中,先存榴辉岩相锆石主要参与锆石的形成,同时受控于长石生长和石榴石消耗的差异。岩石和矿物化学研究表明,变基性岩经历了从峰期超高压榴辉岩相(2.6-3.1 GPa和827-864℃)经高压麻粒岩相(1.05-1.70 GPa 和 725-872℃)再到低压角闪岩相(0.34-0.56 GPa 和 528-667℃)的顺时针P-T-t演化轨迹。这表明变基性岩的变质热梯度随时间增加而增加,从而经历了在汇聚板块边缘从大陆深俯冲高压-超高压榴辉岩相变质到降压折返至下地壳的高压麻粒岩相叠加,最后到伸展折返至中地壳水平的低压角闪岩相叠加这一构造转换。变质锆石与石榴石之间的稀土元素配分不仅受到温度的影响,而且还受到共生的富MREE矿物与岩石组成的控制。虽然两种矿物之间的稀土元素不平衡是常见的,但在高压麻粒岩相变质晚期的地壳深熔过程中,锆石与石榴石边部之间可能实现HREE的平衡配分。对绿梁山地区变基性岩及其中脉体和围岩片麻岩的地球化学研究表明,变基性岩具有低的(87Sr/86Sr)i比值(0.708797-0.714943)和 δ18O 值(6.7-8.2‰)以及可变的εNd(t)值(-7.6至4.7)和εHft)值(-8.0至10.1)。片麻岩具有陡峭的轻稀土和平坦的重稀土配分模式,并且伴随明显的Eu负异常,高的(87Sr/86Sr)i比值(0.722644-0.749198)和 δ18O 值(10.1-10.7‰)以及可变的 εNd(t)值(-12.4 至-3.6)和εHf(t)值(-17.4至4.1)。而三个长英质脉体富CaO和Na2O,贫K2O,具有高的Na2O/K2O 比值(4.14-11.2)和可变的(La/Yb)N 比值(4.1-108.4)和 Sr/Y 比值(5-87.9)。脉体显示出截然不同的稀土配分模式,分为强烈富集LREE和Eu负异常、强烈亏损HREE和Eu正异常、LREE和HREE分异不大和Eu正异常。两个长英质脉体具有介于变基性岩和片麻岩之间的Sr-Nd-Hf-O 同位素组成,指示它们形成于变基性岩和片麻岩来源熔流体的混合,而另外一个长英质脉体具有与片麻岩类似的同位素组成,指示其形成于片麻岩来源熔体。脉体中发现两组新生长锆石分别形成于430-438 Ma和415-424 Ma。它们表现出不同的微量元素特征,指示它们形成于榴辉岩相和高压麻粒岩相变质条件。不同脉体中不同期次锆石表现出变化的Hf-O同位素组成,结合寄主榴辉岩和围岩片麻岩的同位素组成和岩石学研究结果,发现在榴辉岩相变质条件下,绿梁山地区的变基性岩发生脱水并与片麻岩部分熔融产生的熔体发生混合;在高压麻粒岩相条件下,片麻岩通过白云母的分解发生脱水熔融,产生的熔体为变基性岩提供了流体,从而使变基性岩发生加水熔融和黝帘石分解的脱水熔融。对比柴北缘造山带不同地体的变质演化轨迹和熔流体活动研究结果,发现深俯冲大陆板片基性和长英质岩石在折返过程中都发生了部分熔融,但折返熔融的时间有所差异。深俯冲板片不同岩性岩石在榴辉岩相和折返高压麻粒岩相具有不同的熔/流体活动行为,进而导致深俯冲板片在俯冲和折返过程中不同程度地交代上覆地幔楔,实现不同含量和组成的元素从俯冲板片向地幔中迁移。