我国科学家破解稀土成矿之谜，揭示关键成因

来源：科技日报

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科技日报记者 叶青 通讯员 孔令竹

稀土是支撑新能源、高新科技等领域发展的关键战略原料。全球超过一半的稀土储量蕴藏于一种名为“碳酸岩”的火成岩中，但一个有趣的地质谜题是：仅有不到十分之一的碳酸岩体真正形成了具备经济开采价值的稀土矿床。为何有些碳酸岩能富集稀土矿物，而另一些却不能？

2月3日，中国科学院广州地球化学研究所薛硕副研究员、杨武斌研究员及其合作团队在国际顶级期刊《自然·通讯》上发表的最新研究，为这一关键问题提供了答案：碳酸质岩浆侵位的深度（即其所承受的压力）是控制稀土元素能否超常富集的关键因素。

研究团队通过高温高压实验，精准模拟了碳酸质岩浆在中上地壳（约地下6至20公里深处）冷却结晶的过程。他们发现，以大约地下10公里（对应压力约0.3吉帕）为界，岩浆的演化会走上两条截然不同的“命运之路”。

当碳酸质岩浆侵位较浅（压力低于0.3吉帕）时，磷灰石会较早结晶。此时形成的磷灰石富含硅和钠，其晶体结构如同一种特殊的“牢笼”，能将稀土元素牢牢固定在晶格之内。这导致稀土元素在早期就被锁定，难以继续迁移和富集。同时，低压环境促使岩浆释放出大量低盐度的热液。这类热液搬运稀土元素的能力很弱，无法将残余的稀土有效聚集起来，因而难以驱动后期形成具有经济价值的矿床。

当碳酸质岩浆侵位较深（压力高于0.3吉帕）时，橄榄石会率先结晶，大量消耗岩浆中的“硅”元素，使得后续结晶的磷灰石无法构建“牢笼”式结构，难以容纳和锁死稀土元素。同时，高压环境使岩浆能溶解更多的水，延迟了热液流体的分离，促使体系向富碱和富挥发分的“盐熔体”演化。稀土元素在这类盐熔体中具有较高的溶解度，因此能在残余熔体中持续富集，并结晶出大量过渡性的黄菱锶铈矿等矿物，为晚期氟碳铈矿等经济矿物的大规模沉淀奠定了坚实基础。

这一发现完美地阐释了全球碳酸岩型稀土矿床的分布规律。世界级的稀土矿床，如中国的白云鄂博、牦牛坪等，其成矿岩体侵位深度均大于10公里；而许多侵位较浅的碳酸岩体，如瑞典的阿尔诺岩体、坦桑尼亚的伦盖伊火山等，虽然岩石中也可能含稀土，但往往分散不富集，不具备开采经济价值。该研究首次构建了“压力—矿物结晶顺序—熔体性质—稀土富集”的完整因果链条，不仅深化了对稀土超常富集机制的科学认知，也为碳酸岩型稀土矿床的勘查提供了新的理论启示。