本文对中亚造山带东段兴安地块、额尔古纳地块和松嫩地块早古生代火成岩和沉积岩进行岩石学和地球化学的研究。基于野外调查和样品采集、结合室内岩相学、锆石U-Pb年代学、锆石Hf同位素、全岩主微量和全岩Sr-Nd-Hf同位素的研究,本论文查明了早古生代不同期次火成岩的地幔源区性质及交代物质组成。进一步综合已发表的资料,定量计算了不同块体早古生代时期地壳厚度、温度和氧逸度等随时间变异曲线,确定了岩浆弧从不成熟到成熟的演化过程,探讨了中亚造山带东段早古生代初始俯冲的时间、俯冲带流体性质与成矿效应。主要成果如下: 1.兴安地块和松嫩地块早古生代地层中碎屑锆石物源特征 兴安地块多宝山组碎屑锆石具有如下七组加权平均年龄:504 Ma、524 Ma、543 Ma、765 Ma、794 Ma、860 Ma、942 Ma,以及九个散点 207Pb/206Pb 年龄(3200-1218 Ma),结合古生物化石,本文认为多宝山组的沉积时限为中寒武世。兴安地块关鸟河组碎屑锆石具有如下五组加权平均年龄:478 Ma、501 Ma、522 Ma、540 Ma、950 Ma。结合沉积岩的碎屑锆石年龄组成和锆石Hf同位素特征,本文认为兴安地块早寒武世-早奥陶世和新元古代碎屑锆石主要来自早古生代多宝山岩浆弧。 松嫩地块西林群由晨明组、老道庙沟组、铅山组和五星镇组组成,主要是一套厚层状细碎屑岩和碳酸盐岩。锆石U-Pb测年结果表明,老道庙沟组粉砂质泥岩碎屑锆石的加权平均年龄分别为634 Ma、775 Ma、820 Ma、880 Ma和927 Ma,还存在多期太古宙-古生代和中元古代年龄(1405-643 Ma),表明其沉积下限为~634 Ma。铅山组钾质斑脱岩中锆石的加权平均年龄为444 Ma、471 Ma、489 Ma和518 Ma,铅山组粉砂质泥岩碎屑锆石的加权平均年龄为472 Ma和498 Ma。小金沟组粉砂岩加权平均年龄分别为450 Ma、471 Ma、502 Ma、773 Ma、818 Ma和949 Ma,还有多期古元古代年龄(2486~1612 Ma)。结合古生物化石的时代,本文认为老道庙沟组沉积时限为早寒武世,铅山组和小金沟组沉积时限为晚奥陶世。松嫩地块西林群和小金沟组碎屑岩中缺乏泛非期碎屑物质,说明物源为松嫩地块。 2.中亚造山带东段早古生代的岩浆期次及不同期次火成岩的岩浆源区性质 研究区早古生代岩浆作用主要分为三期:中晚寒武世(510~485 Ma)、奥陶纪(484~443 Ma)和志留纪(437~420 Ma)。 兴安地块中晚寒武世安山岩和石英闪长岩为低钾拉斑-中钾钙碱性系列,稀土分配型式与MORB类似,微量元素显示大离子亲石元素富集和高场强元素亏损,锆石εHf(t)、全岩εHf(t)和εNd(t)值均较亏损以及(87Sr/86Sr)i值较低,表明其起源于不成熟岛弧环境中被流体交代的亏损地幔楔部分熔融;兴安地块东部早奥陶世多宝山玄武粗安岩和蘑菇气粗面玄武岩为中-高钾钙碱性系列并分别显示高镁和富铌的特点,高Sr/Nd和Ba/Th值和二者较亏损的锆石εHf(t)、全岩εHf(t)和εNd(t)值表明其来源为被板片流体和洋壳熔体交代亏损地幔楔的部分熔融。晚奥陶世伊尔施流纹岩为低钾拉斑-中钾钙碱性系列,较亏损锆石εHf(t)值(+6.33~+9.10)暗示其起源于新生基性地壳的部分熔融。志留纪为辉长岩和二长花岗岩,显示双峰式特点,辉长岩来自被流体交代的亏损地幔楔的部分熔融,二长花岗岩来自中元古代新增生下地壳的部分熔融。 额尔古纳地块牙克石地区早奥陶世粗面玄武岩属于低钾拉斑-中钾钙碱性系列,微量元素地球化学特征和亏损的锆石εHf(t)值表明其来自受俯冲板片流体交代的亏损地幔楔部分熔融。 松嫩地块中寒武世玄武岩为低钾拉斑-中钾钙碱性系列,弱亏损锆石εHf(t)和全岩εNd(t)值,来源于不成熟大陆弧环境中受板片流体交代的弱亏损地幔部分熔融;松嫩地块晚奥陶世玄武岩-粗安岩和晚志留世玄武安山岩(SiO2含量为49.4~58.1 wt.%)为高钾钙碱性系列,显示弱富集至中等亏损的锆石εHf(t)和中等亏损的全岩εNd(t)同位素特点,表明其来源于成熟大陆弧环境中受沉积物熔体交代为主的亏损地幔楔部分熔融。 3.中亚造山带东段早古生代地幔再循环物质组成与地壳厚度和氧逸度时空变异及其成矿效应 中亚造山带东段不同块体早古生代时期地幔交代物质组成及交代强度呈现出明显的时空差异。综合本文和前人发表的数据,本文对中亚造山带东部早古生代时间地幔再循环物质、地壳厚度及氧逸度时空变异进行了总结。 松嫩地块东部早古生代幔源岩浆的地球化学特征显示中寒武世以流体交代为主,晚奥陶世至晚志留世以沉积物熔体交代为主的特点。而兴安地块北部多宝山地区早古生代均以流体交代为主,另外同位素模拟显示中寒武世有1%的远洋沉积物参与,早奥陶世的特点则是有洋壳熔体的参与。与中亚造山带其它地区相比,兴安地块北部多宝山地区早奥陶世具有强烈的地幔熔/流体交代作用,导致幔源岩浆具有较高的氧逸度(ΔFMQ>2)。洋脊俯冲作用导致更多洋壳熔体的参与,同时地幔温度和氧逸度的提高导致成矿金属元素的溶解度增大。另外,自中晚寒武世-志留纪,兴安地块多宝山地区和松嫩地块东部地壳厚度都呈现先增厚再减薄的特点。地壳厚度的增大有利于成矿作用的进行,多宝山地区早古生代时期独特的地幔环境为早古生代超大型斑岩型矿床的形成创造了有利条件。 4.中亚造山带东段早古生代初始俯冲作用与弧演化历史 兴安地块多宝山地区与松嫩地块东部中晚寒武世火成岩具有非常亏损的放射性同位素组成,地幔交代类型以板片富水流体为主,同时该阶段地壳开始加厚,氧逸度和温度也逐渐上升,暗示中亚造山带东段至少于中晚寒武世初始俯冲作用的启动。 兴安地块东部多宝山地区早奥陶世地幔以板片富水流体和洋壳熔体的参与为主,同时地幔温度较高,氧逸度也达到最高,暗示此时发生了洋脊俯冲作用。中晚奥陶世地壳变薄。前者可能暗示了板片俯冲角度变陡,后者则可能与板片的俯冲角度变缓有关。松嫩地块东部中晚寒武世张广才岭地区高锆石温度(~700℃)与地壳增厚表明古亚洲洋初始俯冲的开始。中晚奥陶世之后地幔交代物质以含水熔体为主,地壳厚度变薄,板片俯冲角度变陡。而且从中寒武世至晚奥陶世,弧的全碱(K2O+Na2O)含量越来越高,La/Yb 比值增大,该大陆弧的演化越来越成熟。志留纪兴安地块和松嫩地块板片俯冲角度变缓,地壳加厚,表明古亚洲洋的持续俯冲。