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稀土是新能源、高新技術等領域不可或缺的關鍵原料。全球一半以上的稀土儲量來自一種名為“碳酸巖”的火成巖，但奇怪的是，僅有不到10%的碳酸巖體真正形成了有經(jīng)濟價值的稀土礦床。為什么有的碳酸巖富集稀土，有的卻不能？2月3日，中國科學院廣州地球化學研究所薛碩副研究員、楊武斌研究員及其合作團隊在國際學術期刊《自然·通訊》上發(fā)表的最新研究給出了關鍵答案：碳酸質巖漿的侵位深度（即壓力）是控制稀土能否超常聚集的關鍵因素。

研究團隊用高溫高壓實驗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，發(fā)現(xiàn)以大約地下10公里（對應壓力約0.3 GPa）為界，巖漿的演化會呈現(xiàn)兩條截然不同的“命運之路”：

當碳酸質巖漿侵位較淺（<0.3 GPa）時，磷灰石會較早結晶，此時形成的磷灰石富含硅和鈉，其晶體結構如同一種特殊的“牢籠”，能將稀土元素牢牢固定在晶格內，導致稀土元素在早期就被鎖定，難以繼續(xù)遷移和聚集。同時，低壓環(huán)境促使巖漿釋放出大量低鹽度熱液。這類熱液搬運稀土元素的能力很弱，無法將殘余稀土有效聚集起來，因此難以驅動晚期形成具有經(jīng)濟價值的礦床。

當碳酸質巖漿侵位較深（>0.3 GPa）時，橄欖石最先結晶，大量消耗巖漿中的“硅”，使得后續(xù)結晶的磷灰石無法構建“牢籠”，難以容納和鎖死稀土元素。同時，高壓環(huán)境使巖漿能溶解更多的水，延遲了熱液流體的分離，促使體系向富堿和富揮發(fā)分的“鹽熔體”演化；稀土元素在這類鹽熔體中具有較高的溶解度，因此能在殘余熔體中持續(xù)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(jīng)濟礦物的大規(guī)模沉淀奠定堅實基礎。

這一發(fā)現(xiàn)完美地闡釋了全球碳酸巖型稀土礦床的分布規(guī)律。世界級稀土礦床，如中國的白云鄂博、牦牛坪等，其成礦巖體侵位深度均大于10公里；而許多侵位較淺的碳酸巖體，如瑞典的Aln?、坦桑尼亞的倫蓋伊等，雖然巖石中也可能含稀土，但往往分散不富集，不具備開采經(jīng)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”的完整因果鏈條，不僅深化了對稀土超常富集機制的認知，也為碳酸巖型稀土礦床的勘查提供了新啟示。