1884年在印度的Lower Narbada Valley地区发现了地球上首个碳酸岩体，随后有更多岩体陆续被报道，如瑞典Alno岩体、挪威Fen岩体、德国Kaiserstuhl岩体等。真正证实碳酸盐岩浆的存在却是1904年坦桑尼亚OldoinyoLengai碳酸岩浆的喷发以及其后一系列实验岩石学的研究工作。在20世纪60年代之前，碳酸盐岩浆一直被认为是沉积碳酸盐岩在地壳深度熔融形成的，即壳源成因。之后基于大量岩石学、矿物学、地球化学和实验岩石学结果而提出的幔源观点被广泛认可至今，而争议的焦点主要集中在（1）碳酸盐熔体是幔源硅酸质母岩浆由不混溶或分离结晶作用分异出的次生岩浆；（2）直接来源于地幔的原始碳酸盐熔体演化的产物。碳酸盐熔体的来源也具有多样性，主要包括岩石圈、软流圈和地幔过渡带；从物质来源来说可能是俯冲大陆地壳（榴辉岩与大理岩），也可能是俯冲洋壳（水化和碳酸盐化玄武岩和碳酸盐岩）交代的地幔。自Lentz（1999）重新提出碳酸岩壳源成因以来，已有不少壳源成因碳酸岩的报道，但未受到科学界的足够重视。
中国科学院地质与地球物理研究所苏本勋研究团队对斯里兰卡Eppawala碳酸岩开展了野外考察、岩石矿物学、年代学和地球化学分析工作了，厘定其为壳源成因（Wang et al., 2021, 2023; Su et al., 2022），同时对近二十年来报道的全球壳源成因碳酸岩的时空分布、产出特征、岩石矿物学特点、地球化学特征以及成因机制进行了总结（苏本勋等,2021; Su et al., 2024）（图1）。壳源碳酸岩在空间上均分布于造山带内部，并以克拉通边缘的造山带为主，特提斯造山带和中亚造山带分布最为集中；时代上从元古代到新生代均有发育，不同时代的岩体在地球化学组成上有所差异；其围岩多为经历过高级变质的花岗片麻岩和大理岩组成的混合岩；成分上多为钙质，微量元素具较弱的轻重稀土分异、显著的Eu、Nb、Ta、Zr和Hf负异常及Pb和Sr正异常，Sr-Nd同位素组成介于球粒陨石和大陆地壳演化线之间，C-O同位素介于原生碳酸岩浆与沉积碳酸盐岩之间；其成因机制包括中酸性侵入体引起碳酸盐岩熔融、基性岩浆高温热流引起碳酸盐岩熔融、强烈区域变质作用造成碳酸盐岩部分熔融和大理岩深熔作用。
图1 全球幔源及壳源碳酸岩分布
在此基础上，该研究团队进一步对斯里兰卡南部的Piyangiriya碳酸岩体开展了相关研究工作。该岩体以脉状产出于Highland Complex元古代的变质带中（图2），以伟晶状（单晶体可达10厘米）和多颜色（白色、黄色、蓝色）方解石（图3）而闻名。碳酸岩体中赋含围岩捕掳体，或呈截然接触关系（图4），或侵入至捕掳体裂隙中，或具有反矽卡岩反应特征（图5）。详细的矿物学和地球化学成分分析结果（如图5）显示壳源碳酸岩特征，被认为是该区变质作用过程中大理岩与花岗片麻岩的地壳深熔成因。该成果为壳源成因碳酸岩大家庭新增了一员，为探索造山过程、变质作用、地壳深熔作用及碳酸岩成矿多样性提供了重要的研究窗口。
图2 斯里兰卡Piyaniriya碳酸岩体产出位置
图3 斯里兰卡Piyaniriya碳酸岩体中各类颜色的方解石集合体及其与捕掳体的接触特征
图4 斯里兰卡Piyaniriya碳酸岩体的野外产出特征及其与围岩和围岩捕掳体的接触关系
图5 斯里兰卡Piyaniriya碳酸岩体中的捕掳体产出特征及其反矽卡岩现象
美编 | 陈永焱
校对 | 刘强