碳酸巖中，為何有的能富集稀土，有的卻不能？2月3日，中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所副研究員薛碩、研究員楊武斌團(tuán)隊(duì)與合作者給出了關(guān)鍵答案：碳酸質(zhì)巖漿的侵位深度（即所處壓力環(huán)境）是決定稀土能否超常聚集的核心因素。相關(guān)研究成果發(fā)表于《自然-通訊》。
稀土作為新能源、高新技術(shù)等眾多領(lǐng)域不可或缺的關(guān)鍵原材料，其重要性不言而喻。全球超過一半的稀土儲(chǔ)量源自一種名為“碳酸巖”的火成巖，然而令人費(fèi)解的是，僅有不到10%的碳酸巖體能夠形成具有經(jīng)濟(jì)開采價(jià)值的稀土礦床。
巖漿侵位深度與碳酸巖型稀土礦床的形成。研究團(tuán)隊(duì)供圖，下同為探尋其中的奧秘，研究團(tuán)隊(duì)借助高溫高壓實(shí)驗(yàn)，精準(zhǔn)模擬了碳酸質(zhì)巖漿在中上地殼（約地下6-20公里）的冷卻結(jié)晶過程。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，以地下約10公里（對(duì)應(yīng)壓力約0.3 GPa）為分界線，巖漿的演化走向了兩條截然不同的路徑：
當(dāng)碳酸質(zhì)巖漿侵位較淺（壓力<0.3 GPa）時(shí)：磷灰石會(huì)率先結(jié)晶。此時(shí)形成的磷灰石富含硅和鈉，其獨(dú)特的晶體結(jié)構(gòu)猶如一個(gè)嚴(yán)密的“牢籠”，能夠把稀土元素緊緊束縛在晶格內(nèi)部。這就導(dǎo)致稀土元素在早期階段便被鎖定，難以繼續(xù)遷移和富集。與此同時(shí)，低壓環(huán)境促使巖漿釋放出大量低鹽度熱液。這類熱液對(duì)稀土元素的搬運(yùn)能力極弱，無法將殘余的稀土有效聚集起來，進(jìn)而難以形成具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的稀土礦床。
當(dāng)碳酸質(zhì)巖漿侵位較深（壓力>0.3 GPa）時(shí)：橄欖石會(huì)最先結(jié)晶，這一過程會(huì)大量消耗巖漿中的“硅”元素。由于硅元素的大量減少，后續(xù)結(jié)晶的磷灰石無法構(gòu)建出能夠容納和鎖死稀土元素的“牢籠”。此外，高壓環(huán)境使得巖漿能夠溶解更多的水，從而延遲了熱液流體的分離，推動(dòng)體系朝著富堿和富揮發(fā)分的“鹽熔體”方向演化。稀土元素在這類鹽熔體中具有較高的溶解度，因此能夠在殘余熔體中持續(xù)富集，并結(jié)晶出大量過渡性的黃鍶碳鈉礦等礦物，為晚期氟碳鈰礦等經(jīng)濟(jì)礦物的大規(guī)模沉淀奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
在電子探針實(shí)驗(yàn)室，薛碩（左）與楊武斌（右）一同進(jìn)行實(shí)驗(yàn)樣品的微區(qū)成分分析，以獲取關(guān)鍵的地球化學(xué)數(shù)據(jù)。該重要發(fā)現(xiàn)，為全球碳酸巖型稀土礦床的分布規(guī)律提供了完美闡釋。像中國(guó)的白云鄂博、牦牛坪等世界級(jí)稀土礦床，其成礦巖體的侵位深度均大于10公里；而瑞典的Aln?、坦桑尼亞的倫蓋伊等許多侵位較淺的碳酸巖體，盡管巖石中也可能含有稀土元素，但往往分布分散且不富集，不具備開采的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
該研究首次構(gòu)建了“壓力-礦物結(jié)晶順序-熔體性質(zhì)-稀土富集”這一完整的因果鏈條。這一成果不僅極大地深化了我們對(duì)稀土超常富集機(jī)制的科學(xué)認(rèn)知，也為碳酸巖型稀土礦床的勘查工作提供了全新的思路和重要啟示。（來源：中國(guó)科學(xué)報(bào) 朱漢斌 孔令竹）
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-026-68785-7