碳酸盐岩中元素的组成和分配规律受其自身化学性质和古海水环境的控制,利用碳酸盐的这一性质来反演沉积环境和古海水的组成演化是沉积地层学研究的热点之一。新疆塔里木盆地西北缘卡克地区石炭—二叠系剖面碳酸盐岩沉积连续、露头出露良好、很少受后期构造运动改造,是研究碳酸盐岩沉积及成岩环境、恢复古海水组成等科学问题的天然实验室。本研究在野外实地考察基础上,对研究区典型剖面开展了沉积相及层序地层研究,系统采集样品进行古生物化石及主微量、稀土元素地球化学研究。结果如下:研究剖面存在4个?类化石带:Beedeina-Fusulinella带,见于别根他乌组三段,时代为莫斯科阶晚期;Triticites带,见于康克林组一段,时代为格舍尔阶;Pseudoschwagerina带,见于康克林组二段及昆克拉契组一段,时代为阿瑟尔阶-萨克马尔阶;Eoparafusulina-Parafusulina带,见于昆克拉契组二段,时代为萨克马尔阶。通过稀土元素分析,本区别根他乌组三段、昆克拉契组二段显示出LREE亏损(（Nd/Yb）_SN为0.31⁰.69)、正Gd异常（1.03¹.08）、明显高于球粒陨石中的Y/Ho值（47.92⁵1.02）等较为典型的海水稀土配分型式,表明其稀土来源主要继承于海水;康克林组、昆克拉契组一段的稀土配分曲线近乎平坦,表明其稀土主体虽然来源于海水,同时因为陆源物质的混染改变了稀土元素的原有组成。δCe表现为中等到弱的负异常。沉积相研究表明,本区的碳酸盐岩产自浅海陆棚、碳酸盐台地及局限台地等富氧的浅水环境。将同样受陆源碎屑干扰较少的别根他乌组三段和昆克拉契组二段比较:其稀土中的δCe负异常值、各项稀土元素的浓度值在水体较深处要明显大于水体较浅处。石炭—二叠纪处于全球范围内的冰期,从晚石炭世开始,各个地区大环境下也存在多个小的冰期—间冰期的旋回,海平面在此期间出现了多次的上升与下降,进而影响混入碳酸盐岩中陆源碎屑含量的多与少。在这一时期,剖面上Y/Ho、Er/Nd、（Nd/Yb）_SN、δLa与δ¹³C同位素之间表现出较好的耦合。从别根他乌组三段到昆克拉契组二段总体呈现出有规律的变化,Y/Ho、Er/Nd随着混染程度的增高而降低,（Nd/Yb）_SN、δLa随着混染程度的增高而增高,表明他们是海水是否被陆源碎屑混染的有效指示元素（比值）。通过微量元素分析,被陆源物质混染的碳酸盐岩和未被混染的碳酸盐岩相比富集∑REE、Li、Be、Cr、Cu、Zn、Ga、Rb、Sr、Cs、Ba、Sc、Th、U、Ti元素,分析富集元素的相关性可以明显看出:∑REE、Sc、Th、Ti、Be、Ga、Cs、Li和Rb等元素之间相关性较好,相关系数能够达到0.80以上。部分元素之间的相关性更为突出,相关系数可以达到0.90以上。表明水难溶性元素∑REE、Sc、Th、Ti、Be、Ga、Cs、Li和Rb等的高含量与陆源物质含量较高的碳酸盐岩耦合较好,这些元素可作为碳酸盐岩是否被陆源物质混染的指标。