1月9日，我校地球科学学院陈春飞教授与长江大学刘勇胜教授、澳大利亚麦考瑞大学Stephen Foley教授等科学家合作，在国际顶级期刊《自然》（Nature）上发表了题为《克拉通边缘碳酸盐熔体迁移形成富硫化物大陆根》（Sulfide-rich continental roots at cratonic margins formed by carbonated melts）的研究论文。陈春飞教授为通讯作者和第一作者。

▲陈春飞教授和Slava博士正在开展高温高压实验

该论文通过高温高压实验模拟克拉通（古老大陆）边缘深部岩浆的演化过程，发现了克拉通边缘区域深部存在富硫化物大陆根，结合全球火成碳酸岩和岩浆硫化物矿床的时空分布特征以及地球化学统计分析，揭示了富硫化物大陆根对火成碳酸岩和硫化物矿产形成与演化的控制作用。

文章提出，克拉通边缘火成碳酸岩分布区域很有可能是关键金属资源的潜在分布区。这一重大发现，对于理解矿产资源的成因机制提供了全新的视角，同时对未来勘探关键金属资源具有重要指示意义。

▲全球碳酸岩、硫化物矿床和克拉通分布特征

随着科技进步和产业升级，当前对铜、稀土等关键金属的需求已大幅超出供应能力，这种供需关系迫使研究者将目光投向尚未充分探索的区域，寻找不同地质过程中形成的新资源。

克拉通是最为古老和稳定的、成碗状结构的大陆板块，是大陆最厚的区域，也是重要的矿产储藏区，尤其是金属矿藏和能源矿藏。此外，克拉通由于长期的地质演化和深部热力学过程，成为深部挥发性物质（如碳、硫及其他气体）的富集地。

尽管挥发性物质在金属矿产的形成过程中发挥着关键作用，克拉通地区挥发性物质与金属矿产之间的联系一直没有得到足够重视，亟需进行深入研究。

起源于克拉通之下、深部地幔的初始岩浆，富含碳酸盐成分，向上迁移时会横向流动至边缘区域，从而导致岩石圈厚度相对较小的边缘地区火山活动频繁。该论文通过高温高压实验模拟了这种边缘岩浆的演化过程，发现当富含碳酸盐岩浆从克拉通下方向上迁移时，其中的硅酸盐成分发生沉淀，导致岩浆中的硅逐渐被去除，最终转变为几乎纯的碳酸盐岩浆，即火成碳酸岩。当岩浆中的硅酸盐发生沉淀时，其中蕴含的金属和硫元素也以硫化物的形式从岩浆中沉淀出来，最终在克拉通边缘形成金属和硫的异常富集带，即具有硫化物富集特征的大陆根。

研究人员通过对克拉通边缘区域火山喷发携带的地幔样品进行统计分析，发现在克拉通底部约160公里至190公里处的地幔中，硫和铜均显著富集，进一步支持了克拉通边缘区域具有富硫化物的大陆根这一发现。

▲深部富碳岩浆演化过程与富硫化物大陆根的形成

该论文通过对碳酸岩、硫化物矿床和克拉通的时空相关性分析，发现克拉通边缘区域同时富集火成碳酸岩和岩浆硫化物矿床，硫化物矿床与碳酸岩通常具有时空一致性，表明由碳酸盐熔体迁移形成的富硫化物大陆根控制了岩浆硫化物矿床的分布。该研究揭示了硫化物矿床与碳酸岩之间的成因关系，发现了克拉通边缘的富碳酸岩区域是关键金属的富集地，这一发现为未来矿产资源的勘探和开发提供了科学依据和重要方向。（文/孙彦钦）

论文链接：https://doi.org/10.1038/s41586-024-08316-w

《中国科学报》1月9日的头版头条，深度报道了我校陈春飞教授的这项科研成果，全文如下：

质疑声中，他为新发现夯实“证据链”

中国科学报记者 李思辉 实习生 张曦月

随着科技进步和产业升级，当前对铜、稀土等关键金属的需求已大幅超出供应能力，这迫使人们将目光投向尚未充分探索的区域，寻找不同地质过程中形成的新资源。克拉通是最为古老和稳定的、呈碗状结构的大陆板块，是地壳最厚的区域，也是重要的矿产储藏区，尤其是金属矿藏和能源矿藏。

中国地质大学（武汉）教授陈春飞与合作者通过对克拉通边缘区域火山喷发携带的地幔样品进行统计分析，发现在克拉通底部约160公里至190公里处的地幔中硫和铜均显著富集，这一发现为未来矿产资源的勘探和开发提供了科学依据和重要方向。1月9日，相关研究成果发表于《自然》。

“这项研究取得突破，与一次激烈的争论有很大关系。”陈春飞将这份成果归功于组会上的一场“唇枪舌剑”。

他告诉《中国科学报》，来自同行的质疑，特别是组内同事的强烈质疑，看似是“唱反调”，实际上非常有意义——它迫使研究人员更加严谨地验证假设，找到令人信服的完整“证据链”，从而提升研究的科学性和可信度。

全新的发现

出生于1990年的陈春飞本硕博都就读于中国地质大学（武汉）。毕业后，他申请到澳大利亚麦考瑞大学进行博士后阶段研究，从事“深部碳研究”。

所谓“深部碳研究”，就是研究深地中的碳。碳是植物、动物、人类等生物的生命基础元素，也是化石燃料的主要组成。对于地球而言，大约90%的碳都储存在地底下——地底下发生的地质活动就像发动机一样，通过包括碳在内的物质元素输出，影响整个地球的气候。因此，探寻深部碳是一项重要工作。

传统认知里，深部碳会影响气候，进而影响地球宜居环境。然而，在一次模拟克拉通边缘地下160公里至190公里火成碳酸岩演变的实验中，陈春飞发现了大量硫化物。这一发现引发了他的思考：深部碳不仅影响气候，或许也与矿产资源的形成存在强关联。

结合全球火成碳酸岩和岩浆硫化物矿床的时空分布特征以及地球化学统计分析，他得出一个全新观点：富硫化物大陆根对火成碳酸岩和硫化物矿产形成与演化有控制作用。也就是说，深部碳会促进与硫化物相关的矿产资源形成。

这意味着，克拉通边缘火成碳酸岩分布区域极有可能是一些关键金属资源的潜在分布区，即在中国、南非、加拿大、西伯利亚等克拉通边缘地带地下160公里至190公里深处，可能蕴藏着巨大的铜、镍、稀土等矿藏。

历经漫长地质变迁，如火山喷发、全球板块构造等，深埋地下的矿藏可能被活化至地表并再次富集成矿。因此，在克拉通边缘地带的地质勘探中，火成碳酸岩分布区域有望成为关键金属资源的重点勘探区域。若该猜测得到证实，将为未来矿产资源勘探提供全新思路和方法。

陈春飞的发现与传统认知存在差异，当他兴奋地将研究成果告知他的博士生导师、中国地质大学（武汉）教授刘勇胜以及在澳大利亚做研究期间的合作导师Stephen Foley时，前者觉得这也许是个新发现，应该认真求证；后者没有立即发表意见，而是提议“不妨组织大家做一次讨论”。

同行的质疑

那是2022年初，在澳大利亚一间小型会议室里，来自英国、美国、德国、南非的科研人员围绕这个“与众不同的发现”展开了一下午的讨论。

陈春飞激动地陈述完后，同行一片质疑声。尤其是一位来自英国的同行提出了“相当苛刻”的意见。比如，模拟百万年地质演变的过程，如何确保其可靠性；实验过程的数据准确性怎么保证；是否存在主观判断掩盖理性分析的可能……

面对质疑，陈春飞在黑板上推演、解释、据理力争——他一直认为自己是做实验的一把好手，数据分析不会出问题。双方你来我往、针锋相对。

冷静下来后，陈春飞开始思考：对方的质疑看似“挑刺儿”，实际上代表了学界同行的意见，也许是研究结论欠缺足够的样本支撑，还不足以令大家信服，而这不正是完善这项研究的关键吗？

想明白了这些，他再一次开展野外调查，扩大全球火成碳酸岩和岩浆硫化物矿床时空分布特征分析范围，进行更全面的地球化学统计分析验证，最终证明他的发现与已探明的许多矿藏分布完全吻合，证实了实验结论的可靠性。

2022年末，陈春飞开始撰写论文，并主动把论文初稿发给那位同行。对方认真看完这些数据后，没有再提出质疑。而且，在陈春飞邀请下，他欣然加入研究团队。

之后，一项由中国“90后”学者主持，多国科学家、学者参与的研究逐步成型。

审稿人的“致谢”

2023年7月，陈春飞及合作者尝试向《自然》投稿。

投稿后两周，文章即被送审，4个月后，陈春飞收到了回复。审稿人提出了几个方面的修改意见：第一，要求作者对所有内容进行量化；第二，与矿产资源相关的问题，证据要更加充分；第三，要求对文章结构等进行大幅修改。

陈春飞认为“质疑就是有需要改进的空间”，他与合作者耗时近7个月逐一处理审稿人意见，确保每一个论述都言之有据，每一项数据都具有说服力，可以量化的内容都得到量化。

在完成定量化工作后，文章进入了第二轮审核。审稿人又提出了一些补充意见，这些意见很快得到了处理。

不久之后，他的邮箱里收到了审稿人的“致谢”。这实际上是一段写给《自然》主编及文章作者的评语。审稿人认为，这篇文章从第一稿到现在发生了很大的变化，图片非常清晰，文字论据非常充分，各方面都得到巨大提升。尤其难得的是，研究者态度非常开放，愿意接受不同的意见，因此才有了一篇这么棒的文章。

而陈春飞在文章发表后更希望继续相关研究，为未来矿产资源的勘探和开发提供科学依据。