我国科学家破解稀土成矿谜题

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。

Rare earth elements are essential raw materials in fields such as new energy and high-tech industries. Over half of the global rare earth reserves come from a type of igneous rock known as “carbonatite.” However, oddly, less than 10% of carbonatite bodies have actually formed economically viable rare earth deposits. Why do some carbonatites enrich rare earths while others do not? On February 3, a recent study published by Associate Researcher Xue Shuo, Researcher Yang Wubin, and their collaborative team from the Guangzhou Institute of Geochemistry, Chinese Academy of Sciences, in the international academic journal Nature Communications, provides a key answer: the emplacement depth (i.e., pressure) of carbonatite magmas is a critical factor controlling whether rare earth elements can accumulate unusually.

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Aln?、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。

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