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大火成岩省是地幔柱在地表的表现形式，是研究地幔柱的一个重要窗口。塔里木大火成岩省在大地构造位置上位于塔里木克拉通和中亚造山带结合部位，是中国新近受到国内外广泛关注的又一个大火成岩省。为了厘定塔里木地幔柱的影响范围以及其与岩石圈的相互作用机制，本文开展了吐哈盆地大南湖剖面石炭纪安山岩、二叠纪玄武岩，南天山-塔里木盆地北部二叠纪酸性岩地球化学研究以及新疆北部二叠纪花岗质岩石锆饱和温度的研究。 大南湖火山岩分为三套，按照地层由下到上分别为安山岩、碱性玄武岩和拉斑玄武岩。长石Ar-Ar同位素分析表明大南湖安山岩和玄武岩的喷发年龄分别为～320Ma和～280Ma。大南湖火山岩为钙碱性，大离子亲石元素(Rb、Ba、Th、U、Sr等)相对于高场强元素(Nb、Ta、Ti等)富集。微量元素比值和Sr-Nd-Pb同位素比值指示大南湖火山岩的地幔源区主体为亏损地幔。微量元素比值和同位素与SiO2的协变关系表明，二叠纪碱性玄武岩受到同化混染的影响，而安山岩和拉斑玄武岩受同化混染的影响较小。安山岩和拉斑玄武岩的大离子亲石元素元素的富集源于源区受到了沉积物的交代。Sr-Nd-Pb同位素模拟计算表明大南湖火山岩源区中远洋沉积物比例小于4％，在岩浆形成过程中经历了较小程度的下地壳同化混染(＜3％)。大南湖拉斑玄武岩中原生橄榄石具有高的Ni含量和低的Ca含量，指示其源区存在辉石岩。大南湖火山岩与吐哈盆地广泛分布的石炭纪-二叠纪具有相似的地球化学特征，表明与之相似的地幔源区至少在石炭纪就已经存在。结合区域地质背景和地化特征对比表明大南湖石炭纪安山岩产于俯冲环境，而二叠纪玄武岩产于板内环境，为二叠纪地幔柱烘烤下岩石圈地幔部分熔融产物。 库车河流纹岩和大宛齐熔结凝灰岩具有高钾钙碱性和强过铝质特征。锆石CA-TIMS和La-ICPMSU-Pb定年结果表明它们的喷发时间分别为293Ma和289Ma。库车河流纹岩和大宛齐熔结凝灰岩具有高的铝指数(＞1.1)和高的CaO/Na2O比值(＞0.3)以及低的Rb/Sr和Rb/Ba比值，负的εNd-Hf值，指示它们源于古老地壳沉积岩的重熔，源区富集贫粘土质的碎屑岩。库车河和大宛齐酸性岩的Nd-Hf解耦归因于源区沉积岩的锆石效应。强烈的Ba、Nb、Ta、Sr、P、Eu和Ti负异常指示其成岩过程中经历了斜长石、含钛氧化物和磷灰石结晶分异。在南天山西段广泛发育与之相似的过铝质花岗质岩浆岩，结合区域地质特征，这些过铝质花岗质岩石可能为后碰撞背景下的产物。 塔里木盆地北部早二叠世流纹岩具有高的A/CNK值(0.94-1.37)、Fe＃指数(0.78-0.92)、Ga/Al比值(＞2.66)、高场强元素(Zr和Nb)以及稀土含量，高的锆饱和温度，具有铝质A型花岗岩的特征。在前人基础上，根据流纹岩在塔里木大火成岩省中的岩浆序列，本文识别出两套流纹岩。G1流纹岩与塔里木溢流玄武岩(～290Ma)伴生，其锆石CA-TIMSU-Pb年龄为287Ma;G1流纹岩具有Nb-Ta负异常，负的εNd-Hf值和高的氧同位素比值，源于前寒武地壳重熔。G2流纹岩(～280Ma)与塔里木（超）基性层状侵入体/岩墙群同时代产出，εNd值与SiO2负相关表明其为同化混染产物。受混染程度最小的G2流纹岩具有与基性岩墙群相似的微量元素比值(OIB特征，Zr/Nb，Zr/Th，Zr/U，Th/La和Nb/La)和正的εNd-Hf值，而受同化混染程度最大的G2流纹岩则接近于地壳的组成，指示其为OIB特征的岩浆岩经过同化混染形成。与基性岩相似，塔里木早二叠世流纹岩也具有两期次活动特征，为地幔柱背景下富集岩石圈地幔岩浆和地幔柱岩浆能量与物质不同程度对地壳影响的结果。 对北疆及邻近地区古生代花岗质岩石锆饱和温度进行了对比研究，北疆志留纪-石炭纪花岗质岩石锆饱和温度较低(＜800℃)，与岛弧和造山带背景的花岗质岩石相似;而早二叠世花岗质岩石锆饱和温度较高(＞800℃)，与大火成岩省花岗质岩石相似。并且北疆志留纪-石炭纪花岗岩以大量发育I-型花岗岩为特征，这一时代花岗质岩石具有高的、窄的Nd同位素比值;而二叠纪以发育大量A型花岗质岩石为特征，同时代花岗质岩石具有宽泛的Nd同位素组成。这种良好的匹配，表明北疆在志留纪-石炭纪处于俯冲和碰撞造山阶段;而在早二叠世则进入到板内环境。结合新疆北部早二叠世(290-270Ma)广泛发育A型花岗质岩石、大陆溢流玄武岩和（超）基性-酸性层状岩体或岩墙，为塔里木二叠纪地幔柱活动产物。 北疆早二叠世板内岩浆最早开始于塔里木克拉通内部(～290Ma)，到～280Ma扩散到与之相邻的中亚造山带内。这种岩浆上的时空分布规律符合地幔柱动态演化模型。当地幔柱到达厚的塔里木岩石圈底部(＞150km)时，由于岩石圈圈盖效应，地幔柱并未发生减压熔融，热的地幔柱烘烤首先导致岩石圈地幔的富集组分部分熔融形成玄武岩，以柯坪玄武岩为代表;玄武质岩浆底侵地壳导致老地壳熔融形成G1流纹岩;随着地幔柱物质不断上涌，一方面，随着地幔柱对岩石圈的置换作用，岩石圈发生减薄，地幔柱物质开始熔融形成岩浆岩，以巴楚层状侵入体为代表;另一方面，地幔柱柱头扁平化，侧向流动到中亚造山带内导致岩石圈富集组分部分熔融，形成具有岛弧特征的岩浆岩，如大南湖玄武岩。这些基性岩浆岩侵入到地壳形成岩浆房，并发生分异形成同时代的G2类型的流纹岩，同时玄武质岩浆底侵地壳形成部分G1流纹岩。