深部碳循环是全球碳循环的重要组成部分,它是指在板块构造体制下,俯冲洋壳携带沉积碳酸盐进入地球深部,随后通过火山作用释放二氧化碳等气体到大气圈中的过程。该过程能够显著影响地质历史时期大气圈碳收支情况和气候变化,因此具有十分重要的研究意义。深部碳循环研究涉及众多科学问题,其中最关键的是如何识别地幔中的碳是再循环的壳源碳。Mg和Zn同位素在示踪地幔中再循环碳酸盐方面具备独特优势。本论文围绕深部碳循环的Zn-Mg同位素示踪这一主题,首先论证了Zn同位素在岩浆作用过程中的分馏尺度和机理,然后以不同地质环境形成的岩浆岩和变质岩为研究对象,应用Zn-Mg同位素证明了深部岩石圈和软流圈地幔内广泛存在再循环碳酸盐。本论文获得的主要成果和认识如下:（1）通过对比研究橄榄岩与玄武岩的Zn同位素组成,发现地幔熔融过程存在大约0.1‰的Zn同位素分馏,重新厘定了硅酸盐地球的Zn同位素组成为0.17±0.08‰;（2）通过调查中国东部<110 Ma板内玄武岩的Zn同位素组成,发现其具有比“正常”玄武岩更重的Zn同位素组成,结合前人和本文发现的这些玄武岩的轻Mg同位素特征,进一步证明了中国东部深部软流圈地幔中存在再循环碳酸盐。强碱性玄武岩与弱碱性玄武岩之间存在系统的Mg-Zn-Sr-Nd同位素差异,支持了碳酸盐化硅酸盐熔体与岩石圈地幔反应是造成中国东部板内玄武岩成分变化的观点;（3）在青藏高原东南缘识别了两类岩性、元素和Mg-Zn-Sr-Nd同位素组成截然不同的后碰撞幔源火山岩,早期富钾火山岩是交代岩石圈地幔熔融的产物,而晚期碱性玄武岩是碳酸盐化软流圈地幔熔融的产物,该研究揭示了与新特提斯洋壳俯冲相关的深部碳循环过程;（4）对一系列不同类型岩石圈深源包体的研究发现,部分华北克拉通麻粒岩、辉石岩和橄榄岩包体中存在Mg-Zn同位素异常,证明了华北克拉通深部岩石圈经历过多次含碳酸盐流体或碳酸盐化熔体交代事件。西非克拉通榴辉岩包体的重Zn同位素组成表明其原岩为碳酸盐化蚀变洋壳,同时也暗示再循环榴辉岩对地幔Zn同位素组成不均一性有重要影响;（5）通过对喜马拉雅淡色花岗岩开展Mg-Zn同位素研究,发现其巨大同位素变化最可能是高硅花岗岩强烈分异的结果,应用高硅花岗岩的Mg-Zn同位素示踪壳内碳循环必须考虑岩浆分异的影响。