地幔作为地球内部最重要的圈层连接了表层地壳和内部地核,是地球中最重要的物质能量储存和交换的场所。研究地幔组成、结构、起源和演化一直是固体地球科学领域的热点课题之一。大陆边缘碰撞造山带和缝合带内产出的公里级别橄榄岩地质体,为探索这些问题提供了最佳对象。因此,论文选取青藏高原东北部的胜利口石榴子石相橄榄岩地质体和南部的泽当尖晶石相橄榄岩地质体作为研究对象。前者产于早古生代陆-陆碰撞成因的柴北缘造山带内,后者作为泽当蛇绿岩的重要部分产于新生代印度与亚洲大陆拼合残留的雅鲁藏布江缝合带内。通过对两个典型橄榄岩地质体中代表性样品进行详细的岩相学、矿物能谱-背散射-阴极发光-x射线和激光拉曼分析、全岩及矿物主微量化学、Sr-Nd-Hf-Os-O同位素化学以及锆石U-Pb年代学的系统研究,目的是：(1)揭示胜利口橄榄岩地质体中不同岩石类型的地幔属性和起源,并识别不同时期的地幔改造事件；(2)探索胜利口辉石岩脉的成因、岩浆源区属性以及“安第斯型”弧下地幔楔过程；(3)认识大陆岩石圈化学性质对其在深俯冲过程中行为的影响；(4)揭示泽当橄榄岩地质体的地幔不均一性及起源；(5)解释泽当橄榄岩地质体中发现的超还原SiC及相关物相的起源,并约束其形成和保存的动力学过程；(6)对比并总结青藏高原内不同时期板块汇聚动力学过程对陆下及洋下深部地幔的影响。具体获得的创新性认识包括：(1)胜利口石榴子石(Gt)相橄榄岩地质体可以分为富含橄榄石(01)和富含辉石(Py)的超镁铁质岩石类型。硫化物Re-Os同位素显示这些橄榄岩具有高度非放射性成因的初始187Os/188Os比值(0.1066),对应Trd (Re亏损模式年龄)为～3.0 Ga。富含01类型的岩石全岩具有高的Mg#(达0.923)、低的A12O3 (0.55 wt%)、低至0.01倍球粒陨石的HREE含量,以及高的橄榄石Mg#(达0.921)和尖晶石Cr#(达0.71),这些证据加之部分熔融模拟显示胜利口富O1的橄榄岩代表中太古代(～3.0 Ga)时在高地幔潜能温度条件下(～1500-1600℃)发生高达～40%减压分离部分熔融的陆下岩石圈地幔。矿物化学、Lu-Hf和O同位素组成显示富01类型记录了～1.5-1.4 Ga的地幔交代作用,交代介质来自当时的亏损对流地幔。富含Py类型在矿物比例、化学组成、Nd-Hf同位素以及全岩化学特征上,均显示强烈的熔体再饱满记录,Sm-Nd和Lu-Hf同位素年代学暗示这次再饱满事件发生于～1.0-0.7 Ga,伴随着Rodinia超大陆的聚合与离散。这两类岩石的微量化学组成均显示明显的地幔楔流体交代富集特征,可能与早古生代柴达木和祁连地块之间的汇聚碰撞有关,其中富含Py类型的锆石记录了～430 Ma的超高压(UHP)变质作用(-3 GPa、-800℃)。对胜利口橄榄岩地质体的研究表明,古老难熔大陆岩石圈地幔的改造可以通过长期的、多阶段的板块边缘构造、岩浆过程来实现。(2)胜利口橄榄岩地质体中产出少量宽度超过1m的单斜辉石岩脉体,穿切橄榄岩的层状构造。这些辉石岩脉具有不同于该地质体中层状辉石岩的结构和矿物组合,显示弱变形-未变形的斑状变晶结构、-8 vo1%的金云母和较高比例的Gt。全岩和矿物化学组成(如全岩Mg#=0.81-0.85)暗示它们的原岩为初生地幔熔体经历早期分离结晶高Mg#矿物形成的堆晶岩,类似含水岛弧岩浆经历高压分离结晶的产物。它们的全岩和矿物均显示流体活动元素和LREE的富集、HFSE的显著负异常,以及类似俯冲陆源沉积物组成的Sr-Nd同位素特征,而Hf-O同位素则显示亏损地幔组成；这种化学和同位素解耦特征暗示其岩浆原岩的地幔源区为经历强烈流体交代的弧下对流地幔楔。Lu-Hf同位素证据表明原岩岩浆的侵位堆晶时代为早寒武纪(-500 Ma)；在此时期,柴达木及祁连地块间的原特提斯洋向北俯冲,诱发了对流地幔楔在～2.5-4.5 GPa和～1250-1350℃条件下的含水(-300-500 ppm H2O)部分熔融,形成的原生弧岩浆上升侵入岩石圈地幔楔并发生分离结晶作用。辉石岩脉中锆石U-Pb年龄表明它们和围岩橄榄岩一同在～430 Ma时进入俯冲的大陆地壳并发生UHP变质作用,随后在～400 Ma时发生折返；Sm-Nd和Lu-Hf同位素记录了～350 Ma再平衡过程,对应着晚泥盆世的造山带垮塌和区域性磨拉石形成。对胜利口辉石岩脉的研究,揭示了“安第斯型”大陆边缘深部地幔楔弧岩浆作用的动力学过程,并认识到堆晶辉石岩以脉状形式分散于岩石圈地幔楔之中,不仅是保存这些与长英质弧内地壳呈互补关系的高密度超镁铁质岩石的重要途径,而且是减少岩石圈地幔楔对上升弧岩浆“过滤”影响的有效方式。(3)柴北缘造山带鱼卡、胜利口和锡铁山地区产出超高压榴辉岩和片麻岩。榴辉岩锆石的U-Pb年龄、微量元素和Lu-Hf同位素组成,记录了从新元古代(-785 Ma)岩浆原岩向早古生代(-440 Ma)峰期榴辉岩以及退变质榴辉岩(-417-409 Ma)的演变过程,以及伴随榴辉岩相进变质和退变质过程的同位素和微量元素组成变化。榴辉岩的岩浆原岩形成于～785 Ma的基性岩浆作用,该事件记录了来自亏损地幔和古老地壳物质的岩浆混合作用。片麻岩的锆石显示柴达木陆块的北缘包含新太古代(-2.8-2.5 Ga)的古老地壳组分,经历了～2.1-2.0 Ga和1.1-0.7 Ga的亏损地幔来源岩浆增生事件。中-新元古代的广泛岩浆作用强烈地改造了柴达木陆块的岩石圈固有属性,向其深部地壳和岩石圈地幔中增生了大量基性物质。这种携带大量基性物质的大陆岩石圈,随着俯冲的进行会在岩石圈的深部广泛形成高密度的Gt,进而推进板片深俯冲的持续进行,并在-440 Ma时达到超高压的地幔深度；随后,俯冲板片上部的低密度中酸性地壳包裹一些基性榴辉岩和地幔楔物质,与下部的高密度深部岩石圈拆离并折返(-417-409 Ma)。该研究表明大陆岩石圈固有的化学属性会影响其在大陆俯冲过程中的行为和命运。(4)泽当尖晶石相橄榄岩地质体可大体划分为两大单元：西北部的二辉橄榄岩和东南部的方辉橄榄岩。二辉橄榄岩具有高温塑性剪切变形的斑状变晶结构、包含出溶体的单斜辉石(Cpx)变斑晶以及相对高含量的硫化物；全岩和矿物化学显示相对饱满的岩石圈地幔橄榄岩特征,例如：斜方辉石(Opx)变斑晶的Al2O3 (3.61-6.54 wt%)、尖晶石Cr#(0.17-0.30)；变斑晶组合记录了相对高的平衡温度(达1261℃)。方辉橄榄岩则显示较弱的高温塑形变形特征、Cpx多为无出溶的中细粒基质矿物、并几乎不含硫化物；其记录了低于二辉橄榄岩接近～200-300℃的平衡温度；全岩和矿物化学显示相对难熔的化学性质(如尖晶石Cr#为0.33-0.62)。方辉橄榄岩全岩和Cpx的LREE、Zr、Hf、Nb、Ta、Sr、Th等元素含量类似或高于二辉橄榄岩中对应元素的含量,暗示经历沿颗粒边界发生的弥散状熔体隐交代过程；方辉橄榄岩10ZD-6-6记录了接近熔体通道的显交代作用,形成具有高Na2O、TiO2、MREE-HREE以及其它中等-高度不相容元素含量的特征。而二辉橄榄岩不显示明显的熔体交代现象。两类岩石的全岩微量元素和Sr同位素组成记录了后期低温海水交代作用。Cpx和全岩的Sm-Nd同位素组成表明二辉和方辉橄榄岩的地幔源区存在极度亏损和富集的地幔端元,可能为再循环或孤立于对流地幔的大陆岩石圈残片。上述证据共同暗示：方辉橄榄岩先形成于快速扩张的洋内拉张环境,很可能与俯冲带上部前弧拉张有关,随后漂浮于对流地幔之上并发生较为彻底的冷却；在～130-120 Ma时,二辉橄榄岩在相对慢速拉张的背景下熔融增生于前期形成的方辉橄榄岩下部,同时产生的MORB型熔体(辉绿岩和玄武岩脉)侵入并交代上部难熔岩石圈地幔；之后在-70 Ma时二者一起仰冲于印度大陆边缘之上。(5)在泽当难熔地幔单元中的方辉橄榄岩、铬铁矿和辉石岩内,产出罕见的纯SiC颗粒、SiC+富K硅酸盐玻璃+锆石组合、SiC+Si+SiOx组合、SiC+Si+Fe-V-Ti-Mn合金组合、富Na熔体玻璃以及Cu-Ag-Cd-O球状熔体玻璃。这些SiC+Si+金属合金的组合,暗示其稳定存在的氧逸度条件低于Fe-FeO缓冲剂近4-5个数量级,可能来自深度超过250 km的上地幔底部或地幔转换带。与SiC交生的富K硅酸盐玻璃和SiOx表明这些还原组合经历快速的地幔上涌过程,从而保留了极度还原的SiC+Si以及氧化产物共存的反应结构,其成因类似于金伯利岩中金刚石内SiC+SiO2+高K玻璃组合。结合泽当难熔地幔单元的化学特性,提出了在大洋岩石圈地幔中形成并保存这些超还原组合的可能机制：深俯冲的新特提斯洋板片发生断离和后撤,诱发前弧快速拉张和深部地幔物质(SiC+Si原始寄主岩)快速上涌,封存了伴随地幔上涌过程的氧化反应产物(高K熔体玻璃和SiOx等),并保存于形成的难熔岩石圈地幔中。(6)青藏高原东北部胜利口橄榄岩地质体记录了早古生代该区域典型的洋-陆俯冲(安第斯型)、陆-陆碰撞(喜马拉雅型／大别-苏鲁型)以及弧下地幔楔岩浆动力学过程,这些过程能够改造古老难熔的大陆岩石圈地幔,诱发稳定的大陆岩石圈发生破坏。青藏高原南部泽当橄榄岩地质体记录了中-新生代拉萨地块以南的新特提斯洋,发生的特殊洋-洋以及洋-陆汇聚动力学过程,大洋板片的快速深俯冲与断离造成深部地幔的局部快速上涌,这种高速的动力学过程压制伴随的化学热力学过程,从而保存在化学和热力学上与周围岩石圈地幔不平衡的深部还原地幔物质,该动力学过程的本质是由于局部地幔与周围地幔的热流和密度差异所造成。这两个橄榄岩地质体共同记录了大陆和大洋形成演化过程中的增生和再造复杂历史进程。