该区位于新疆准噶尔盆地北东缘南部，按照传统地质学观点，包括准噶尔地块、北准噶尔地槽和天山地槽三个大地构造单元。按板块构造观点则划分为西伯利亚古板块、东准噶尔弧盆带或北准噶尔晚古生代早期洋壳板块。区内晚古生代以来地层发育齐全，沉积建造多样，地质构造复杂，岩浆活动频繁，岩石蚀变、变质作用明显，对金成矿作用极为有利。现按板块构造观点将研究区大地构造演化特征简述如下。
一、早古生代陆壳形成
早古生代期间，阿尔泰、东准噶尔和古准噶尔地块均处于统一的构造环境中。即阿尔泰为西伯利亚古板块南缘的一部分，东准噶尔为其边缘海盆，古准噶尔地块位于该海盆南缘。而卡拉麦里地区位于边缘海盆的南部，古准噶尔地块北侧(图5-1)。
奥陶纪至中志留世初，为边缘海盆扩张时期，从沉积岩相分布特征来看，从北向南，即由阿尔泰被动陆缘区到古准噶尔地块北侧，分别沉积了索尔巴斯它乌群下部的陆源碎屑岩、加波萨尔群的碳酸盐岩、荒草坡群下部位的碳酸盐岩和陆源碎屑岩及库布苏群下部细碎屑岩夹硅质岩。反映了沉积岩相由碎屑岩-碳酸盐岩-硅质岩的变化，海水则由滨浅海-浅海-深海。同时，在海盆扩张时期，其内部还发育有火山喷发活动，形成了索尔巴斯它乌群上部及荒草坡群中部变质玄武岩夹铁质碧玉岩建造。
中志留世初，因西伯利亚古板块向南漂移，在该海盆内部沿加波萨尔至莫钦乌拉一线形成了向南倾斜的俯冲带，从而在库布苏至莫钦乌拉山等地产生了中酸性火山活动。在此背景下形成了库布苏群和荒草坡群上部的火山沉积建造(图5-1)。
中志留世末，由于西伯利亚古板块和准噶尔地块沿该线碰合，边缘海盆消减而发生强烈褶皱、造山，至晚志留世末，边缘海盆关闭，隆起上升成陆，最后成为西伯利亚古板块的一部分。
由此可见，东准噶尔早古生代阶段，其大地构造背景经历了由扩张到闭合，由边缘海盆性质，经俯冲、碰撞、褶皱造山隆起而转化成陆壳一系列构造演化过程(图5-1)。
图5-1 东准噶尔早古生代构造演化示意图
(据李锦轶，1988)
二、晚古生代板块构造演化
泥盆纪初，东准噶尔再次遭受拉张，分别沿额尔齐斯、阿尔曼太-北塔山北坡和卡拉麦里-莫钦乌拉等地产生洋壳，形成有限洋盆，洋盆之间由北向南依次由早古生代褶皱形成的陆壳构成加波萨尔和野马泉两个微型陆块，额尔齐斯以北为西伯利亚古板块，卡拉麦里洋盆以南为哈萨克斯坦古板块的准噶尔地块。
从早泥盆世晚期开始，卡拉麦里有限洋盆和阿尔曼太-北塔山小洋盆先后向北俯冲，后者在中泥盆世闭合。而卡拉麦里有限洋盆沿卡姆斯特至苏吉泉一线形成古俯冲带，洋壳板块向北侧野马泉地块之下俯冲，洋盆开始收缩聚敛，在野马泉地块南缘形成北西西向展布的陆缘古火山岩浆弧、弧前沉积盆地、弧后沉积盆地的古地理构造格局，而南侧准噶尔地块北缘为被动大陆边缘性质。
野马泉陆缘古火山岩浆弧位于野马泉-库普带，呈北西西向延伸，主要由早泥盆世晚期至中泥盆世中酸性火山岩及火山碎屑岩组成，火山岩浆弧的岩浆岩既有喷出岩，也有侵入岩；喷出岩以中酸性熔岩及火山碎屑岩为主，侵入岩以深成侵入相钙碱性花岗质岩石为主，以小岩基和岩株产出。
弧后沉积盆地位于古火山岩浆弧之北贝勒库都克、托让格库都克一带，向东延伸至中蒙边界大、小哈甫提克山一带，由早泥盆世至早石炭世的浅海相陆源碎屑岩构成，自下而上包括金格尔达组、得仁格里登组、拜尔库都克组和阿拉土别库都克组，整个建造以陆源碎屑岩为主，仅在阿拉土别库都克组发育有少量中酸性火山碎屑岩。地层累计最大厚度为5400m，底部不整合覆于早古生代末侵位的花岗闪长岩之上，表明整个弧后沉积盆地叠加在早古生代末形成的陆壳之上，其形成环境为相对稳定的陆表海。
弧前沉积盆地位于古火山岩浆弧以南，卡拉麦里基性、超基性杂岩带以北地区，向东可延伸至巴里坤煤矿北部。该盆地大部分被碰撞后偏碱性花岗岩、火山岩所占据。残余的弧前盆地沉积物仅出露在老鸦泉花岗岩基以南，由中泥盆统平顶山组所组成。从岩性特征上来看，弧前沉积物富含火山物质，岩屑均以中基性及中酸性火山岩岩屑和斜长石为主。在砂岩中普遍有少量石英，碎屑磨圆度差，呈棱角状和半棱角状，多为火山灰及泥质，显示出来自火山弧源区和高密度流沉积的特点。在沉积盆地南侧，沉积物粒度较细，其中混杂的有大小不等以玄武岩和碧玉岩为主的岩块。在标本上镜下可见砂岩中含有棱角状放射虫硅质岩的岩屑，反映了盆地构造是在比较动荡的构造环境下靠近古海沟一侧而形成的。
早石炭世晚期，由于准噶尔地块与野马泉地块碰合，有限洋盆消减殆尽而进入陆间残余海盆演化阶段。此阶段与前一阶段相比较，卡拉麦里一带古地理格局发生了很大变化，南侧准噶尔地块原来的剥蚀区大多数被海水淹没，局部隆起区接受了陆相松喀尔苏组的沉积，而北侧沿卡拉麦里断裂带沉积了南明水组及层位相当的碎屑岩沉积，沉积中心位于清水至南明水一带，当时海域较广，准噶尔地块、老鸦泉-黄羊山弧前区，贝勒库都克-托让格库都克弧后区等地均处于浅海环境。
早石炭世至中石炭世，由于西伯利亚古板块继续向南漂移、碰撞及俯冲，洋盆收缩聚敛，陆间残余海盆消失，大量中基性火山岩喷发，并普遍以高角度不整合覆于陆间残余海盆沉积物之上。此特点标志着此区古板块构造进入焊接造山阶段，使本区中石炭统以前的地层发生强烈褶皱造山，并在造山带根部产生偏碱性-酸性岩浆侵入形成了老鸦泉-黄羊山偏碱性花岗岩基。造山运动最终的结果使野马泉地块和准噶尔地块焊接成为一个整体，开始进入板内演化阶段。
从中石炭世末开始，该区主要构造特征为普遍隆起，沿薄弱地带形成数条向北倾斜的逆冲断层，构成向南逆冲的叠瓦构造；与此同时，长期隆起的古准噶尔地块开始下降，准噶尔盆地形成，盆地内堆积了晚石炭世至现代的沉积物。
综上所述，卡拉麦里及毗邻地区晚古生代板块构造演化概括起来，可分为如下五个阶段。
(1)陆内拉张-洋盆增生阶段
时限大约为早泥盆世早中期，主要特征为形成的陆壳破裂分离，产生有限洋盆及小陆块。
(2)洋盆聚敛-闭合阶段
早泥盆世末，卡拉麦里有限洋盆由扩张转为聚敛，沿卡姆斯特-苏吉泉带形成向北俯冲的古俯冲带，北侧野马泉地块南缘形成陆缘古火山弧、弧前和弧后沉积盆地，到早石炭世初洋壳消失殆尽，准噶尔地块北缘到达海沟，洋盆闭合。
(3)陆间残余海盆阶段
洋壳消减殆尽后，区内并没有马上发生碰撞造山作用，而是进入陆间残余海盆阶段。在海盆之中，堆积了南明水组及其层位相当的地层。
(4)板块焊接造山阶段
时代为早石炭世末期至中石炭世，本区发生强烈造山作用，把古准噶尔地块和野马泉地块焊接在一起，本阶段晚期，由于造山运动产生局部张性环境，造山带根部重熔物质上升，伴随着大规模的陆相钙碱性火山岩喷发和偏碱性及钙碱性花岗岩浆侵入。
(5)板内逆冲推覆阶段
时代大致为中石炭世末至中生代，由于西伯利亚古板块向南推挤作用和南部准噶尔地块阻挡，该区发育一系列北倾南冲的逆冲断层，构成叠瓦构造，使地壳继续收缩，古准噶尔地块下降，准噶尔盆地形成。
总之，本区及整个东准噶尔古生代板块构造演化(图5-2)基本经历了拉张-闭合再拉张-再闭合两次构造旋回发展演化的复杂历程，最后形成了如今的构造格局。
图5-2 东准噶尔卡拉麦里地区晚古生代构造演化示意图
三、大地构造演化与金成矿
综上分析，建立构造演化与成矿的二维体系图(图5-3)。
图5-3 东准噶尔卡拉麦里地区晚古生代构造演化示意图
(据路彦明等，2008)