1、区域基岩勘查地球化学的探索（1981—1986）
20世纪60年代，张本仁就开始了成矿作用地球化学与勘查地球化学相结合的研究，以期提高矿床地球化学研究的实际意义，并为勘查地球化学的发展提供理论基础。80年代初，他根据上述思路和以往的经验形成了将成矿地质背景、条件和因素转化为地球化学背景、条件和因素，并查明地球化学参数和异常的地质意义；再将控矿地球化学背景、条件和因素转化为异常评价的指标和参数的“两个转化”的构想，试图突破当时勘查地球化学的单一找矿目标和就异常特征评价异常的局限，以及开拓地球化学测量数据用于解决基础地质和成矿问题的途径。
“六五”期间，张本仁和他的科研集体，按此预期目标，以学校与地质队合作的形式，采取区域基岩地球化学测量同矿田和矿带地球化学研究相结合的技术路线，先后通过豫西卢氏灵宝、陕西柞水山阳等6个省市的7个成矿区带研究，取得了突破性的成果，实现了将成矿环境条件诸因素引入异常评价系统、扩大找矿信息的目标；在他所指导的青海赛什塘日龙沟矿带专题研究中，预测出后来经钻探证实了的锡矿盲矿。同时，地球化学研究深化了矿带地质构造及成矿规律的认识，在应用基岩测量数据揭示区域地球化学背景，进行构造单元分界、沉积环境、控矿因素、岩浆岩演化序列、地层对比及火山机构研究等方面均取得了明显进展。这使中国在区域基岩勘查地球化学理论与解决区域地质和成矿问题的深度和广度上，处于国际该领域的前列。这一有特色的研究思路和方法，通过他对地质、冶金、有色系统组织的技术员与工程师三十多次各类短训班的地球化学系统讲课，使近千人素质有所提高，从而对于中国区域地质调查、成矿带研究和基岩勘查地球化学研究的发展起到了重要推动作用。
2、区域地球化学理论与实践的开拓（1987—1991）
20世纪80年代中后期，针对国际范围内尚缺少能适应现代地学和地球化学发展水平的区域地球化学理论方法体系，以致阻碍了已积累起来的大量区域地球化学资料和数据的有效综合，并且不利于区域地球化学研究成果与全球研究的接轨，张本仁和他的科研集体又开展了区域地球化学的探索。在板块构造学说和全球岩石圈新认识的基础上，他提出了区域地球化学研究以区域岩石圈为系统、以各类地质体的地球化学记录为基础、以历史地球化学理论和观点为指导、以地球物质和元素在层圈间的交换和再循环为主线，在区域岩石圈组成和状态的约束下开展区域构造及成岩成矿作用探讨的理论框架，以及相应的一套研究岩石圈深部组成、区域构造和区域成矿规律的方法和途径。
在此有特色的理论构想与配套方法指导下，结合他所承担和主持的地质矿产部“七五”重点攻关项目——“秦巴地区重大基础地质问题及主要矿产成矿规律研究”地球化学二级课题，通过5年的集体努力，于1991年完成了“秦巴岩石圈、构造及成矿规律地球化学研究”报告及成果性专着，开创了在同一区域将岩石圈地球化学研究与区域构造、岩石、成矿地球化学研究有机结合，以解决固体地球科学某些基础理论问题和矿产地质问题的先例。其突出成果有：首次提出秦岭及邻区地壳各结构层与上地幔化学组成和元素丰度，并探讨了岩石圈热结构；系统研究了区域花岗岩类、火山岩、沉积岩的地球化学特征、成因和形成构造环境，并联系区域岩石圈组成和热状态阐明了秦岭花岗岩类及其成矿的特殊性；通过岩石圈化学不均一性的约束、构造环境的多岩类和多岩套的综合判别，以及碎屑岩物源区和沉积水体特征的地球化学鉴别等综合论证的途径，系统探讨了秦岭构造发展历史，包括俯冲造山、碰撞造山、古洋封闭时限等；在区域岩石圈系统特征的约束下，以类比选冶过程的成矿观点为指导，结合区域构造与各类岩石形成过程中元素集中和分散的分析，阐明了秦岭可能的优势和劣势矿产、区域成矿分带的控制因素及主要矿产形成的规律和模式；在岩石圈的层次上，对秦巴地区进行了地球化学省、区、场的划分，并编制了区域地球化学分区图。涂光炽、王鸿祯、李廷栋三院士为首的评审委员会认为：这项研究“在理论体系和方法的特色、完整性上，在研究内容、对象和时空范围的系统和综合性上，在运用其成果阐明秦岭地质构造演化、岩石圈演化、成矿规律的水平和深度上，是国内外没有先例的，达到了国际领先水平”。
3、瞄向大陆动力学的造山带地球化学研究（1992—1996）
在承担国家自然科学基金“八五”“秦岭造山带岩石圈结构、演化及成矿背景”重大项目课题研究中，张本仁和他的研究集体及时地将造山带地球化学研究引导入探索大陆动力学的方向。通过区域壳幔演化和壳幔相互作用及其深部过程研究，约束造山带岩石圈的结构及构造的分区和演化，探讨和揭示造山带发展的运动过程与动力学因素。为此着重采用了多同位素系统和多微量元素联合示踪技术，揭示幔源和壳源岩浆源区及地壳深部和地幔的化学特征与过程；同时开展了岩石圈三维化学结构研究，进行了秦岭岩石高温高压下（传播）地震纵波波速的系统实验测定。经5年实践，于1996年底完成了秦岭重大项目地球化学课题的研究报告。经过进一步加工提炼，于2001年出版了该项目多学科研究成果专着——《秦岭造山带及大陆动力学》(撰写地球化学部分)，并且现在地球化学课题成果专着——《秦岭造山带地球化学》，也在出版过程之中。
研究取得的主要创新成果有：开拓了伊川—宜昌的地球化学断面研究，通过岩石地震波速的实验测定值与地震测深剖面观察值的拟合等途径，建立了秦岭及邻区地壳的结构岩石模型，进而揭示了区域岩石圈的化学和热结构，并对壳、幔中的高导低速带做出了新解释。在4个构造单元内，开展了地壳增生历史、早期地幔性质和演化、Pb同位素填图及微量元素对玄武岩地幔源区化学特征的示踪等研究。据此综合论证了：华北和扬子早期应为独立发展的陆块，南秦岭属于扬子板块，而北秦岭早期应是在扬子板块洋壳洋岛基础上发展形成的微陆块。开展了深部过程的地球化学综合研究，为秦岭元古宙曾发生镁铁质岩浆底侵、商丹古会聚带曾发生洋壳俯冲和壳幔再循环、印支期陆陆碰撞晚期扬子被动大陆边缘（南秦岭）陆壳基底曾俯冲垫置于北秦岭地壳下部、尔后秦岭又发生过岩石圈下部的拆沉等提供了较充实的证据。论证和提出：松树沟和勉略蛇绿岩具有洋壳残片性质，所代表的洋盆均属于扬子板块岩石圈内部裂开类型，它们的地幔源区属于特提斯构造域的地幔类型。由地幔柱源区岩浆活动的论证，初步探讨了秦岭复合造山带发展的动力学特征，后者表现为扬子的裂解和华北的增生。⑥编制了反映区域地壳化学和热结构、构造地球化学分区及壳幔演化的秦岭造山带（四维）地球化学图（1∶100万）。这项研究大大深化了秦岭造山带岩石圈结构、演化及造山过程的认识，揭示了浅部构造与深部过程的联系，架设了沟通地表地质研究与地球物理测深的桥梁，展现出地球化学在多学科研究中的独特作用和优势，提供了改善、充实地学断面地球化学研究及开展造山带系统综合地球化学研究的经验，使秦岭造山带地球化学研究跨入国际的先进行列，部分成果处于领先地位。所编制的秦岭造山带地球化学图，与秦岭造山带大地构造图和秦岭地球物理断面图一起在第30届国际地质大会上展出时，引起国际同行的兴趣与好评。
1997年至今，张本仁和他的科研集体正在进行大别造山带壳幔结构、演化及深部过程的地球化学研究。这个课题是国家自然科学基金“九五”重大项目——“超高压变质作用与碰撞造山动力学”研究的组成部分。
