早前寒武纪（太古宙至古元古代）是大陆地壳生长的最重要时期。华北克拉通是世界上最古老的克拉通之一,其中部带南缘出露的太华杂岩几乎记录了华北克拉通所有早前寒武纪的重要地质事件。因此,太华杂岩是研究早前寒武纪汇聚板块边缘陆壳形成和演化的理想区域。本学位论文以华北克拉通中部带南缘小秦岭地区太华杂岩中新太古代至古元古代岩浆岩和变沉积岩为对象,通过详细的同位素年代学和地球化学研究,厘定了这些岩石形成的年代学框架,限定了不同类型岩石的成因,重建了华北南缘早前寒武纪的构造演化历史,揭示了汇聚板块边缘构造体制的变化,进一步深化了对早前寒武纪汇聚板块边缘大陆地壳形成和演化的认识。锆石U-Pb定年结果显示,太华杂岩中发育有2.65 Ga和2.55-2.50 Ga两期新太古代岩浆活动。2.65 Ga的钠质TTG具有低K2O/Na2O 比（＜0.6）、高Sr/Y和（La/Yb）N 比、正的Eu异常。其锆石εHf（t）值为0.9-5.2,锆石δ18O值为6.3-6.5‰,表明其是加厚洋壳熔融的产物。2.65 Ga的钾质花岗岩则具有高K2O/Na2O 比（＞0.6）、低Sr/Y和（La/Yb）N比、负的Eu异常。其锆石εHf（t）值为-0.4-8.0,锆石δ18O值为7.0-8.4‰。这些地球化学特征表明钾质花岗岩是低温蚀变洋壳在不同深度部分熔融的产物。相比之下,2.55-2.50 Ga的钾质花岗岩具有较高的低Sr/Y和（La/Yb）N比值。2.55-2.50 Ga的高钾花岗岩具有非常高的SiO2含量,具有非常高的K2O/Na2O 比（4.0-7.9）和大量3.49-2.68 Ga的继承锆石,表明其是早期地壳再造重熔的产物。对钠质TTG.和钾质花岗岩的年龄数据进行统计分析,发现新太古代是钠质TTG和钾质花岗岩形成的最重要时期。钠质TTG和钾质花岗岩的Sr/Y和（La/Yb）N 比值在新太古代也达到最高值,表明洋壳在中等地热梯度汇聚板块边缘的全球性加厚。加厚的岩石圈拆沉减薄,使得软流圈上涌,加厚洋壳在不同深度发生了部分熔融,形成了不同类型的花岗岩。太古宙时期汇聚大洋板块边缘处加厚洋壳的部分熔融,是形成钠质TTG和钾质花岗岩最可能的岩石学机制。太古宙岩浆的储存时间和热状态是影响大陆地壳生长和演化的重要因素。然而,目前对太古宙岩浆体系的这些信息仍然是一无所知。本文对3.4-2.5 Ga花岗岩类中的锆石进行了原位Zr同位素分析,并结合晶体生长模型限制了太古宙岩浆体系的储存时间。计算结果表明,锆石平衡分离结晶造成的δ94Zr范围较小（＜0.4‰）,无法解释锆石中的δ94Zr变化（-0.6-+0.4‰）,必须需要动力学分馏的加入。锆石δ94Zr与Zr/Hf 比值的负相关说明锆石本身的分离结晶与生长过程中产生的动力学分馏共同控制了花岗质岩浆体系中的Zr同位素行为。根据太古宙不同样品的Zr同位素变化,进一步得到了锆石的生长速率为0.0007-0.0415μm/yr,进而得到岩浆体系的储存时为5-193 kyr。这些锆石还具有较高的结晶温度（730-910℃）。这些结果表明太古宙岩浆体系存储时间较长,其与太古宙地温梯度整体较高有关。太古宙岩浆体系独特的热状态,是研究大陆地壳形成演化、火山活动和去气作用、以及大气组成演化时,必须考虑的一个重要因素。古元古代早期2.4-2.2 Ga,全球的构造和岩浆活动都相对沉寂期,这一沉寂期的形成机制尚不明确。然而,太华杂岩在这一时期的岩浆活动十分发育。本文对小秦岭地区出露的古元古代早期角闪岩、闪长岩脉和花岗岩进行了详细的地球化学研究。原岩年龄为2.34 Ga的角闪岩具有LREE富集、HFSE亏损的弧型微量元素特征和较为亏损的全岩Nd-Hf和锆石Hf同位素组成。相对于正常MORB和科马提岩,角闪岩具有较高的U/Th 比值。这些特征表明角闪岩的基性原岩是受俯冲洋壳来源的流体交代形成的富集地幔部分熔融的产物。2.27 Ga的闪长岩脉具有LREE富集、HFSE亏损的弧型微量元素特征。其锆石Hf同位素组成较为富集。相对于MORB和科马提岩,闪长岩脉具有较高Th/Yb 比值。这些特征表明闪长岩脉是受沉积物熔体交代的富集地幔部分熔融的产物。相比于太古宙镁铁质岩浆活动,古元古代早期的镁铁质岩浆的温度和压力较低,但T/P 比较高,反映了岩石圈的减薄。2.33 Ga的花岗岩具有较高的全岩Zr饱和温度和锆石Ti温度,属于高温花岗岩。因此,古元古代时期研究区处于大陆张裂环境。结合沉寂期时期全球碎屑锆石Hf同位素较富集、变质作用高T/P和的板块运动速率较低的特征,本文认为全球在沉寂期处于张裂伸展的动力学背景。对全球碎屑和岩浆锆石U-Pb年龄数据的分析表明,沉寂期的本质就是太古宙超级克拉通聚合之后的稳定和裂解期间的岩浆活动低谷,与哥伦比亚和罗迪尼亚超大陆形成之后的锆石U-Pb年龄低谷相比并无本质上的差别。在太古宙形成的多个超级克拉通中,Supervaalbara超级克拉通在沉寂期时处于稳定状态,而Sclavia或Nunavutia超级克拉通在此时发生了裂解,因此部分隶属于Sclavia或Nunavutia的克拉通在沉寂期发育了岩浆作用。威尔逊旋回是板块构造的本质,最早的完整威尔逊旋回才能真正代表板块构造的起始。本文对太华杂岩古元古代变沉积岩中的碎屑锆石进行了系统的U-Pb定年、Lu-Hf同位素和微量元素分析。碎屑锆石的主要U-Pb年龄峰期有2.6-2.5 Ga、2.3 Ga、2.2 Ga和1.9 Ga。2.6-2.5 Ga的碎屑锆石具有正的εHf（t）值,表明华北克拉通在新太古代时期发育了大量新生地壳。2.3 Ga的碎屑锆石具有负的εHf（t）值,主要反映了大陆张裂作用下的相对古老地壳再造。2.2Ga的碎屑锆石具有正的εHf（t）值、较高的U/Yb比值,表明其来自于大陆弧安山岩。与较老的锆石相比,2.2 Ga的碎屑锆石具有较低的LREE/MREE、REE+Y和较高的P,表明其源区中有沉积物的加入。其氧逸度较低,同时变沉积岩中含有大量的石墨,这些特征反映了加入的沉积物含有较多的有机碳,可能是2.3 Ga Lomagundi-Jatuli事件中的埋藏的有机物。1.9 Ga的锆石无明显CL环带,具有低的Th/U比（＜0.1）和高的（U/Ce）/Th比（＞1）,属于典型的变质锆石,记录了古元古代晚期大陆碰撞事件。因此,这些碎屑锆石完整记录了 2.3 Ga大陆张裂、2.2Ga大洋俯冲和1.9 Ga大陆碰撞事件,揭示了一个完整的古元古代时期威尔逊旋回。在古元古代晚期,太华杂岩广泛发育了同碰撞-碰撞后岩浆作用。本文对其中的伟晶岩和花岗岩进行了详细的地球化学研究。1.82 Ga的伟晶岩和1.82-1.78 Ga的花岗岩在SiO2、Na2O和CaO等含量上类似,表明伟晶岩不是由花岗岩分离结晶而来。伟晶岩和花岗岩的年龄晚于该地区变质时间,不太可能是俯冲板片回卷引起的同碰撞岩浆作用。尽管伟晶岩和花岗岩均具有较高的Sm/Yb和Gd/Yb,表明其处于碰撞后环境。但是二者的同位素组成较为一致,都具有负的εHf（t）值和高的δ18O值,表明其源区是古老地壳,不太可能是俯冲板片断离过程中断离洋壳部分熔融的产物。大陆碰撞之后,汇聚板块边缘形成了加厚岩石圈。由于重力不稳定,加厚岩石圈下部发生拆沉,软流圈地幔随之上涌,引起大陆张裂作用和上覆大陆地壳的部分熔融。一部分熔体侵位形成花岗岩,另一部分熔体经过高度的分离结晶形成了伟晶岩。研究区缺乏碰撞后时期的镁铁质岩浆作用,说明这一张裂作用没有继续发育成大陆裂解和海底扩张。正是这一夭折的古元古代大陆张裂作用,促进华北克拉通形成了统一的基底。