我国科学家破解稀土成矿谜题

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科技日报记者 叶青 通讯员 孔令竹

稀土是新能源、高新技术等领域不可或缺的关键原料。全球一半以上的稀土储量来自一种名为“碳酸岩”的火成岩，但奇怪的是，仅有不到10%的碳酸岩体真正形成了有经济价值的稀土矿床。为什么有的碳酸岩富集稀土，有的却不能？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学术期刊《自然·通讯》上发表的最新研究给出了关键答案：碳酸质岩浆的侵位深度（即压力）是控制稀土能否超常聚集的关键因素。

研究团队用高温高压实验模拟了碳酸质岩浆在中上地壳（约地下6-20公里）的冷却结晶过程，发现以大约地下10公里（对应压力约0.3 GPa）为界，岩浆的演化会呈现两条截然不同的“命运之路”：

当碳酸质岩浆侵位较浅（<0.3 GPa）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内，导致稀土元素在早期就被锁定，难以继续迁移和聚集。同时，低压环境促使岩浆释放出大量低盐度热液。这类热液搬运稀土元素的能力很弱，无法将残余稀土有效聚集起来，因此难以驱动晚期形成具有经济价值的矿床。

当碳酸质岩浆侵位较深（>0.3 GPa）时，橄榄石最先结晶，大量消耗岩浆中的“硅”，使得后续结晶的磷灰石无法构建“牢笼”，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锶碳钠矿等矿物，为晚期氟碳铈矿等经济矿物的大规模沉淀奠定坚实基础。

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Alnö、坦桑尼亚的伦盖伊等，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认知，也为碳酸岩型稀土矿床的勘查提供了新启示。