在中国内蒙古自治区包头市，寓意“富饶的神山”的白云鄂博矿区以占全国稀土总储量九成、占世界探明稀土总量近四成的丰厚储量而成为“稀土之乡”。其巨量稀土资源究竟如何形成？这一谜团长期以来备受关注。

揭开成因之谜

最近，北京大学地球与空间科学学院李扬副教授、中国科学院地质与地球物理研究所李献华院士联合研究团队通过6年持续研究，在白云鄂博识别出4.3亿年前火成碳酸岩，将白云鄂博成矿时代从距今13.2亿年大幅修正为距今4.3亿年，并指出多期碳酸岩岩浆-热液活动是形成世界级稀土矿床的关键因素。



研究团队在白云鄂博实地开展野外科学考察。李扬 供图

研究团队发现，白云鄂博早古生代碳酸岩岩浆活动贡献了超过70%的稀土资源，且以极富轻稀土为主要特征。

这一颠覆“中元古代主导成矿”传统认知、揭开白云鄂博巨量稀土资源成因之谜的重要基础研究成果论文，北京时间4月24日凌晨在国际学术期刊《科学进展》(Science Advances)上线发表。

进行精细研究

李扬接受记者采访介绍说，白云鄂博矿区的主要稀土矿物为独居石和氟碳铈矿，二者存在于一种被命名为“H8”的白云岩中，这是一种岩浆活动形成的碳酸岩，大致形成于距今约13亿年的中元古代，但稀土矿的定年结果却主要集中在距今约4亿年的古生代。成岩与成矿之间的巨大时间差对破译矿床成因至关重要，矿床发现近百年来一直未能获得突破。



中国内蒙古白云鄂博矿区。李扬 供图

在包钢集团支持下，本次联合研究团队自2019年开始在白云鄂博深入开展地质填图研究，系统厘定了白云鄂博矿区48平方公里范围内的火成碳酸岩分布。进一步的定年研究显示，除形成于13亿年前的白云岩外，白云鄂博还广泛分布有形成于4.3亿年前的火成碳酸岩，后者呈脉状穿切白云岩并与之发生反应。这说明，早古生代的确存在可能携带大量稀土资源的碳酸岩流体。

白云鄂博的稀土资源是否确定由这些流体携带而来？为进一步厘定两期碳酸岩对稀土成矿的贡献，研究团队对4件跨越12个年份、能够反映大尺度和长周期开采稀土特征的精矿样品进行精细研究，并对其中的独居石和氟碳铈矿进行定年统计分析，从而得出本项颠覆传统认知、揭秘白云鄂博巨量稀土资源成因的重要科研成果。

引领产业发展

李扬表示，白云鄂博矿是岩石学、矿物学、地球化学和年代学研究不可多得的一块圣地，探秘白云鄂博矿床成因，不仅是人类对地球演化与自然规律的好奇使然，更是以理论创新指导找矿勘探和绿色选冶的必然，也将进一步提升中国引领稀土产业发展的能力。



研究团队通过系统地质填图，在白云鄂博主矿和西矿采场及东接触带识别出大规模古生代火成碳酸岩。李扬 供图

他透露，3月底在包头举办的《白云鄂博矿物》专著和新矿物发布会暨白云鄂博矿床地质学术研讨会上，发布了“氧铅烧绿石”和“献华铈铌矿”等新矿物，至此，1959年以来在白云鄂博发现的新矿物增至24个(自2022年以来增至9个)。这些新矿物和新成果的发现，不仅丰富了世界矿物学宝库，而且为相关研究提供了新的素材和思路，对于矿物学的研究发展具有重大意义。同时，也对摸清白云鄂博稀土等资源“家底”并综合利用奠定坚实基础。

过去40年间，中国白云鄂博为世界贡献66%的稀土产能，改变了世界稀土产业和市场格局。同时，中国稀土萃取分离工艺已达到国际领先水平，并推动整个稀土产业链蓬勃发展。

据了解，稀土是指元素周期表中的钪、钇及镧系元素等17种金属元素的总称，最初因提取困难而命名为稀土。稀土元素以优异的磁、光、电性能及其在国计民生重要领域的广泛应用，被誉为“工业黄金”和“万能之土”。