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北山造山带位于中亚造山带南段,是连接天山-准噶尔与兴蒙造山带的关键部位而备受国内外学者的高度关注,特别是古亚洲大洋俯冲、增生拼贴、陆壳生长已成为国际地质界研究的热点。本次研究在文献阅读及前人资料研究的基础上,通过野外地质调查,利用岩石学、岩石地球化学、构造地质学等综合研究方法,结合现代测试技术,探讨了北山花牛山早古生代-早中生代花岗岩类成因及其构造动力学过程,为反演北山造山带构造演化提供重要的岩石学、年代学依据。变英安岩整合产出于花牛山群,本次研究获得其LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为454.7±0.87 Ma(MSWD=0.28),形成于晚奥陶世早期,该年龄可为准确厘定花牛山群地层的沉积时代提供新依据。变英安岩为过铝质高钾钙碱性-钾玄系列;在原始地幔标准化微量元素蛛网图上,亏损K、Ba、Nb、Ta、Ti,强烈富集Pb,Th含量变化大,Zr、Hf具微弱的正异常;在球粒陨石标准化稀土元素配分模式图中,配分曲线右倾,显示轻稀土富集型特征,轻重稀土元素强烈分馏,并且具微弱Eu负异常,显示出岛弧亲缘性,其可能为受过俯冲流体交代的软流圈地幔部分熔融的产物,形成于陆缘弧环境。石英闪长岩形成于晚泥盆世晚期(362.5±1.1 Ma(MSWD=0.075)),属准铝质钙碱性I型花岗岩类;在原始地幔标准化微量元素蛛网图上,强烈富集Pb,弱富集大离子亲石元素Sr,Zr、Hf为正异常,相对亏损强不相容元素Ba以及Nb和Ti;在球粒陨石标准化稀土元素配分模式图中,配分曲线右倾,属轻稀土富集型,轻重稀土分馏明显,具微弱的铕负异常,其形成的构造环境为消减的活动大陆边缘。综上表明北山南部的红柳河-牛圈子-洗肠井蛇绿岩带所代表的有限洋盆自晚奥陶世早期已开始向南俯冲,直至晚泥盆世晚期俯冲作用仍在进行。花岗斑岩形成于中三叠世(232.4±0.55 Ma(MSWD=1.8)),该岩脉的侵位时间与花牛山钼矿床矿石中辉钼矿Re-Os模式年龄(221.0±3.4 Ma)基本一致,表明二者为同期岩浆-热液作用的产物,其成因或将存在一定耦合关系。同时花岗斑岩属准铝质-弱过铝质钙碱性系列A型花岗岩;在原始地幔标准化微量元素蛛网图中,表现为Ba、Sr、P、Eu、Ti强烈亏损,Nb、Ta较弱亏损程度,Zr、Hf正异常不明显,Pb、Th、U强烈正异常,Sr含量较低,表明源区可能有斜长石的残留;在球粒陨石标准化稀土元素配分模式图中,显示轻稀土富集,轻重稀土分馏明显,富铕异常明显的特征;且样品具高的Nb含量,推测在岩浆熔融过程有大量深部富集地幔物质加入。因此认为该岩体可能形成于强烈的地幔底侵作用下,下地壳在高热低压环境下发生部分熔融,源区有斜长石残留,同时在岩浆作用过程中有少量富集地幔物质加入。斑状花岗岩形成于早中生代(晚三叠世)218.2±1.8 Ma(MSWD=1.7),属准铝质-过铝质钾玄质A型花岗岩;在原始地幔标准化微量元素蛛网图上,富集Rb、Th、U、K、Pb等强不相容元素,亏损Nb、Ta、Ti高场强元素,同时Zr、Hf为正异常;在球粒陨石标准化稀土元素配分模式图中,配分曲线右倾,属轻稀土富集型,具强烈的Eu负异常;同时岩石具较高的Sr、Yb、Nb、低的Y/Nb和略低的Ga/Al,具A1-A2过渡型特征,其形成标志着地幔底侵作用逐渐强烈,为该区带来的大量的热,拉伸作用趋于强烈。综上研究,提出北山地区构造演化过程:自晚奥陶世开始,红柳河-牛圈子-洗肠井蛇绿岩带所代表的洋盆发生向南俯冲,到晚泥盆世俯冲仍在进行,闭合于早石炭世早-中期,其后进入陆内演化阶段,在晚三叠世,北山地区拉伸作用趋于强烈。