碳酸岩是碳的重要载体和稀土元素的潜在富矿岩石，可为探究地球物质循环和深部过程提供关键线索。这类独特的火成岩在地质历史上呈幕式产出，最早可追溯至太古代。目前记载的碳酸岩多被认为是板内岩浆作用的产物，其形成可能涉及富碳橄榄岩的低程度部分熔融或含碳的硅质岩浆不混溶分离结晶等地质过程。造山带内也产出碳酸岩，其中的碳元素可能来源于长期储存在地幔的碳或者通过俯冲或拆沉作用再循环地壳的碳。近期的研究表明，显生宙俯冲带中碳酸盐岩沉积物可发生部分熔融产生碳酸岩熔体，进而形成地壳层次的碳酸岩侵入体或者喷发物。然而，早期地球具有高的地幔潜能温度和不明晰的构造体制，该时期的地幔对流可能会降低地表碳向地幔输送的效率。因此，随着地幔潜能温度逐渐降低，何时会出现俯冲碳酸盐岩熔融形成火成碳酸岩是一个重要的科学问题。

针对上述科学问题，中国地质大学（北京）地球科学与资源学院博士研究生潘喆在导师蔡克大教授的指导下，以塔里木克拉通东南缘出露的火成碳酸岩为研究对象，开展了详细的野外地质观察、岩相学、年代学、地球化学的分析测试工作，确认塔里木古元古代火成碳酸岩浆是俯冲的碳酸盐岩在地幔深度发生部分熔融的产物。主要认识如下。

(1) 塔里木东南缘的碳酸岩体侵入片麻岩中（图1），岩石结构构造和岩相学特征表明其为火成岩。锆石和磷灰石的U-Pb年代学结果指示碳酸岩侵入体形成于约1.87–1.83 Ga（图2）。

(2) 碳酸岩的C-Sr同位素组成与洛马贡迪-贾图利事件（Lomagundi-Jatuli Event, 2.3–2.0 Ga）期间沉积的碳酸盐岩类似（图3）。全岩Sr-Nd同位素两端元模拟结果显示，沉积碳对火成碳酸岩浆的物质贡献超过90%，而地幔贡献率不足10%。

(3) 火成碳酸岩中的橄榄石，尖晶石和金云母是熔体结晶的产物。全岩温压计的计算表明：碳酸岩浆在岩石圈地幔（1241–1314℃，1.9–2.4 Gpa）产生（图4）。

(4) 结合古元古代塔里木东南缘的区域构造演化和岩浆记录，本研究认为火成碳酸岩浆是后造山伸展阶段的产物。碳酸盐岩沉积物在俯冲到上地幔时以固体形式底辟上涌，储存在岩石圈地幔中，随后由于伸展的作用温度上升导致其发生部分熔融，熔体侵入地壳，冷凝固结形成塔里木碳酸岩（图5）。

图1 塔里木区域地质图

图2 锆石&磷灰石U-Pb年代学结果；锆石微量元素组成

图3 原岩C-Sr同位素组成

图4 碳酸岩熔体产生的温压条件

图5 塔里木碳酸岩的形成模型

该研究阐述了塔里木碳酸岩的成因机制，探讨了古元古代碳循环的时空尺度，为研究地球早期碳循环提供研究实例。古元古代俯冲碳酸盐岩在地幔深度熔融形成火成碳酸岩，验证了沉积物俯冲-底辟-熔融的动力学数值模拟工作的可行性。上述研究成果发表在国际学术期刊Journal of Petrology上：Pan, Z., Cai, K. D.*, Sun, M., Wang, K., Zhao, X. W., Wang, X. S., Wan, B., Xia, X. P. (2025). Recycling of subducted carbonates generated the Tarim carbonatites in Paleoproterozoic orogenic processes, Journal of Petrology, doi:10.1093/petrology/egaf045.

全文链接：https://doi.org/10.1093/petrology/egaf045