近年来，全球已发现22处壳源碳酸岩，其成因备受学界关注。这些碳酸岩多分布于造山带，形成时代从元古代延续至新生代，成分以钙质为主，具有较弱的轻重稀土分异，以及显著的Eu、Nb、Ta、Zr、Hf负异常与Pb、Sr正异常。其Sr‑Nd同位素组成介于球粒陨石与大陆地壳演化线之间，C‑O同位素则介于原生碳酸岩浆与沉积碳酸盐岩之间。目前主要的成因模式包括中酸性侵入体或基性岩浆热流诱发碳酸盐岩熔融、强烈区域变质导致的碳酸盐岩部分熔融以及大理岩深熔作用。然而，壳源碳酸岩的漫长演化过程及其与区域变质或构造事件之间的耦合关系，缺乏年代学约束。

针对这一科学问题，中国科学院地质与地球物理研究所博士研究生王世莹在导师苏本勋研究员的指导下，选择位于斯里兰卡Highland Complex的Balangoda壳源碳酸岩体为研究对象（图1）。该岩体完整出露了不同演化阶段的碳酸岩，且样品中含有多种定年矿物，是揭示壳源碳酸岩演化历史的理想载体。研究团队通过系统的野外地质与岩相学观察，结合矿物主微量元素分析、方解石C‑O同位素测试，系统开展了锆石、榍石、方解石和磷灰石等矿物的U‑Pb同位素年代学测定，构建了该碳酸岩演化的时间序列。

图1 （a）斯里兰卡Balangoda地区地质图及碳酸岩岩体产出位置；（b-e）Balangoda碳酸岩岩体产出特征

研究结果显示，Balangoda碳酸岩的方解石C‑O同位素组成指示其来源于该区域大理岩的深熔作用（图2）。多矿物年代学数据揭示出该岩体具有漫长的演化历史：榍石与锆石年龄分别为548 ± 12 Ma和522.8 ± 9.6 Ma，记录了熔体早期结晶阶段；同一样品中的方解石年龄为524 ± 29 Ma（图3），而磷灰石则获得更年轻的约487.4 ± 8.5 Ma的年龄。548 Ma至487 Ma的时间跨度表明该碳酸岩体经历了约60百万年的持续演化。其他样品中方解石与磷灰石的年龄结果也进一步佐证了这一时间范围。该年龄范围与Highland Complex约660-500 Ma的区域变质作用及后续持续至约480 Ma的缓慢冷却过程高度吻合，说明该壳源碳酸岩的形成与演化受控于该地区变质热事件（图4）。

图2 斯里兰卡Balangoda碳酸岩中方解石的C-O同位素组成

图3 斯里兰卡Balangoda碳酸岩中方解石的U-Pb年龄

图4 斯里兰卡Balangoda壳源碳酸岩的形成演化示意图

该研究通过多矿物U‑Pb定年方法，完整揭示了壳源碳酸岩可经历长达数十百万年的演化过程，并明确了其与区域变质事件在时空上的耦合关系。这不仅深化了对地壳深部碳酸盐熔融机制的认识，也为全球同类岩石的成因判别与对比提供了重要依据。进一步对比研究表明，类似的长周期演化可能是壳源碳酸岩的普遍特征，且均受区域尺度构造过程控制。该认识提示在构造活跃区可能仍存在大量尚未被发现的壳源碳酸岩岩体，为未来相关研究以及新岩体的发现提供了重要方向。

研究成果发表于国际学术期刊CMP（王世莹^*, Dharmapriya P L, 李天义, 王静, Malaviarachchi, S P K, 苏本勋^*. Protracted evolution of crustal-derived carbonatites in high-grade metamorphic terranes [J]. Contributions to Mineralogy and Petrology, 2025, 181: 22. DOI: 10.1007/s00410-025-02286-6.）。研究受国家自然科学基金（42303047）支持。

王世莹（博士生）