碳酸巖中，為何有的能富集稀土，有的卻不能？2月3日，中國科學院廣州地球化學研究所副研究員薛碩、研究員楊武斌團隊與合作者給出了關鍵答案：碳酸質巖漿的侵位深度（即所處壓力環境）是決定稀土能否超常聚集的核心因素。相關研究成果發表于《自然-通訊》。
稀土作為新能源、高新技術等眾多領域不可或缺的關鍵原材料，其重要性不言而喻。全球超過一半的稀土儲量源自一種名為“碳酸巖”的火成巖，然而令人費解的是，僅有不到10%的碳酸巖體能夠形成具有經濟開采價值的稀土礦床。
巖漿侵位深度與碳酸巖型稀土礦床的形成。研究團隊供圖，下同為探尋其中的奧秘，研究團隊借助高溫高壓實驗，精準模擬了碳酸質巖漿在中上地殼（約地下6-20公里）的冷卻結晶過程。實驗發現，以地下約10公里（對應壓力約0.3 GPa）為分界線，巖漿的演化走向了兩條截然不同的路徑：
當碳酸質巖漿侵位較淺（壓力<0.3 GPa）時：磷灰石會率先結晶。此時形成的磷灰石富含硅和鈉，其獨特的晶體結構猶如一個嚴密的“牢籠”，能夠把稀土元素緊緊束縛在晶格內部。這就導致稀土元素在早期階段便被鎖定，難以繼續遷移和富集。與此同時，低壓環境促使巖漿釋放出大量低鹽度熱液。這類熱液對稀土元素的搬運能力極弱，無法將殘余的稀土有效聚集起來，進而難以形成具有經濟價值的稀土礦床。
當碳酸質巖漿侵位較深（壓力>0.3 GPa）時：橄欖石會最先結晶，這一過程會大量消耗巖漿中的“硅”元素。由于硅元素的大量減少，后續結晶的磷灰石無法構建出能夠容納和鎖死稀土元素的“牢籠”。此外，高壓環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，推動體系朝著富堿和富揮發分的“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富集，并結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濟礦物的大規模沉淀奠定了堅實基礎。
在電子探針實驗室，薛碩（左）與楊武斌（右）一同進行實驗樣品的微區成分分析，以獲取關鍵的地球化學數據。該重要發現，為全球碳酸巖型稀土礦床的分布規律提供了完美闡釋。像中國的白云鄂博、牦牛坪等世界級稀土礦床，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，不具備開采的經濟價值。
該研究首次構建了“壓力-礦物結晶順序-熔體性質-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稀土超常富集機制的科學認知，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：中國科學報 朱漢斌 孔令竹）
相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-026-68785-7