揭秘白云鄂博稀土矿：多期碳酸岩如何主宰成矿 “密码”

随着零排放进程推进，稀土（REE）需求激增，白云鄂博等大型矿床成为供应关键。但该矿床成因存争议，研究人员通过多种测年技术，确定其存在 1320Ma 和 430Ma 两期碳酸岩，430Ma 碳酸岩对 REE 成矿贡献超 70%，为成矿研究及勘探提供重要依据。

　　在全球追求低碳转型的浪潮中，稀土（REE）作为构建低碳能源设备和基础设施的关键元素，需求正以前所未有的速度攀升。然而，世界稀土储备和供应高度依赖少数巨型矿床，如中国的白云鄂博矿床，其供应了全球历史稀土市场 57% 的份额 。但历经近一个世纪的研究，白云鄂博矿床的成因却始终笼罩在争议的迷雾之中，这严重制约了稀土资源的高效勘探与开采。为了揭开白云鄂博稀土矿的神秘面纱，研究人员开展了深入研究。
研究人员来自未知研究机构，他们针对白云鄂博矿床成因的争议焦点，通过精确的地质年代学研究，确定了该矿床存在两期碳酸岩，分别形成于 1320Ma 和 430Ma。其中，430Ma 的碳酸岩对稀土矿化的贡献超过 70%，这一成果为理解白云鄂博矿床的形成机制提供了关键线索，对全球稀土矿的勘探和开采具有重要的指导意义。该研究成果发表在《SCIENCE ADVANCES》上。
在研究方法上，研究人员主要运用了以下关键技术：一是 SIMS 锆石 U-Pb 年代学方法，对碳酸岩进行精确测年，以确定碳酸岩的形成时代；二是利用激光剥蚀电感耦合等离子体质谱（ICPMS）对氟碳铈矿（bastn?site）和独居石（monazite）进行 Th-Pb 定年和微量元素分析；三是采用热电离质谱（TIMS）对黄铁矿进行 Re-Os 等时线定年。通过这些技术，研究人员获取了大量关键数据，为深入研究白云鄂博矿床成因奠定了基础。
研究结果如下：

• 碳酸岩锆石 U-Pb 年代学：研究人员对白云鄂博地区的碳酸岩脉进行详细测绘，分析了 22 条碳酸岩脉，其中 10 条为富钙（Ca-rich）碳酸岩，10 条为富镁（Mg-rich）碳酸岩，2 条为中间类型。从矿区内外 7 个露头分离出锆石，利用二次离子质谱（SIMS）成功获得了锆石 U-Pb 年龄。结果显示，含矿 H8 单元和吴（Wu）岩脉的锆石年龄约为 1320Ma，而西露天矿坑壁、主露天矿坑的王（Wang）岩脉等的锆石年龄约为 430Ma，这为两期碳酸岩的存在提供了直接证据。
• 氟碳铈矿和独居石²³²Th-²⁰⁸Pb 及微量元素分析：研究人员选取了跨越约 12 年采矿历史的 4 个精矿样品，对其中的氟碳铈矿和独居石进行²³²Th-²⁰⁸Pb 定年和微量元素分析。结果表明，经普通铅校正后，氟碳铈矿和独居石的²³²Th-²⁰⁸Pb 年龄主要集中在 426 - 429Ma，且在约 430Ma 时，Ce/Y 元素比值显著升高，这表明约 430Ma 是稀土矿化的主要阶段。
• 黄铁矿 Re-Os 等时线年代学：从主露天矿底部的条带状矿石中获取黄铁矿，其 Re-Os 等时线年龄为 431±3Ma，进一步支持了约 430Ma 存在稀土矿化事件的结论。
  在研究结论和讨论部分，研究人员指出，精确确定碳酸岩和矿化的年龄是理解白云鄂博矿床成因的关键。以往研究中使用的¹⁴⁷Sm-¹⁴³Nd 等测年方法存在局限性，而本研究采用的多种测年技术相互印证，更准确地揭示了矿床的形成历史。430Ma 碳酸岩的确定，纠正了以往认为稀土矿化主要源于 1320Ma 碳酸岩的错误观点。此外，研究还发现，430Ma 碳酸岩释放的卤水和碱性流体是稀土矿化的关键控制因素，这些流体在上升过程中与硅质岩石反应，导致重稀土（HREE）在深部富集，轻稀土（LREE）在浅部沉淀，形成了目前的矿化格局。这一研究成果不仅为白云鄂博矿床成因提供了新的认识，也为全球稀土矿的勘探和开采提供了重要的理论依据，有助于推动稀土资源的可持续开发与利用。