浙江
劍指“新能源黃金”的稀土資源，正在獲得一張來自地球深處的全新“藏寶圖”。劍橋大學地球科學系一項最新全球研究發現，富含稀土元素的特殊二氧化碳富集火成巖，與地球上那些最古老、最厚實的大陸“根部”——即厚巖石圈密切相關，為尋找新稀土礦床提供了重要線索。
這項研究由劍橋大學地球科學系主導，科研團隊繪制了全球范圍內異常富含二氧化碳的火成巖分布圖。這類火成巖被認為是稀土元素的主要來源。分析顯示，這些巖石集中出現在地球巖石圈最厚、年齡最老地段的邊緣地帶，指向深部地質結構與稀土富集之間存在系統性關聯。
研究人員指出，巖石圈最厚的區域為稀土富集提供了“溫床”：這里的地幔巖石在高壓、較低溫的條件下，僅能發生極有限程度的部分熔融，只產生少量巖漿。這些小體積巖漿易被長期“鎖定”在巖石圈底部，在數百萬年的演化過程中不斷濃縮包括稀土在內的多種金屬元素，最終形成具有開發價值的礦床。
論文第一作者、劍橋大學地球科學系的Emilie Bowman博士表示，這項研究“正在為我們提供某種預測能力，使我們能夠預判這類巖石以及由此衍生的稀土礦床可能出現的位置”。她與團隊匯總了約9000件來自全球各地的火成巖樣品化學數據，所有樣品均具有高含量溶解二氧化碳這一共同特征，而二氧化碳被認為在稀土元素的富集中發揮關鍵作用。
長期以來，這一類特殊火成巖在地質學界多少帶有“邊緣”色彩：它們名稱繁多、礦物組成怪異，很多名目可追溯到19世紀及20世紀早期，往往與最初被發現的地域相關。一些地質學家戲稱，這些巖石的名詞體系幾乎可以構成一門新語言。正因分類混亂、科學問題復雜，以往不少研究者對其敬而遠之。
該團隊此次的突破在于，將這些復雜的巖石化學信息與地球內部結構的地震成像數據結合起來。參與研究的地球物理學家Sergei Lebedev和Siyuan Sui利用地震波“透視”地球內部結構，類似聲吶勾勒海底地貌。通過這類“剖面成像”，研究人員清晰看到巖石圈厚度在空間上的變化，并進一步確認：巖石圈厚度在控制稀土相關巖石分布方面起到“導向”作用。
研究結果顯示，具有有利化學條件、能夠促使稀土富集的巖石，主要集中在那些最古老、最厚巖石圈區域的陡峭邊界附近——即大規模古老陸塊“根部”的邊緣。這意味著，未來在全球范圍內部署勘查工作時，如果把這些厚巖石圈邊界帶作為重點區域，將有望顯著提高尋找新稀土礦床的效率。
稀土元素是智能手機、電動汽車、風力發電機等眾多現代技術的關鍵材料之一。隨著各國對關鍵礦產本土供應安全的關注持續升溫，更準確理解稀土礦床形成的地質過程與空間分布規律，已成為資源地質與戰略研究的重要前沿方向。該研究通過從地球深部結構入手，為這一領域提供了新的思路。
在成礦機制方面，研究團隊提出的模型認為：厚巖石圈使地幔巖石長期保持在高壓、相對低溫的狀態，抑制大規模熔融，只在局部生成少量巖漿。這些富含二氧化碳的小型巖漿囊體滯留于巖石圈底部，冷卻凝固后形成異常富CO?的火成巖。隨后，在后期構造或熱事件作用下，這些巖石再次部分熔融，使稀土元素進一步濃縮，最終演化為具有工業價值的稀土礦床。
論文通訊作者、劍橋大學地球科學系教授Sally Gibson當前正在主持一項價值100萬英鎊的相關研究項目。她表示，以往的研究通常聚焦于個別礦床或局部地區，而此次工作則在全球尺度上系統考察稀土相關巖石，并將視角延伸至地球深部，這種“由點到面、由淺入深”的轉變，是發現普適性規律的關鍵。
本次發表的成果重點關注的是200百萬年（2億年）之后形成的稀土相關巖石與礦床，即在地球大型古陸塊主要裂解階段之后形成的礦化系統。研究團隊計劃下一步將時間范圍向更久遠的地質歷史拓展，納入2億年以上的古老巖石，這些古老地層中分布著當今全球多處重要稀土礦山。然而，受造山、裂谷等劇烈構造作用影響，古老巖石往往經歷復雜改造，對其進行精細解讀更具挑戰性。
Gibson指出，現在已初步確認這類巖石與厚巖石圈之間存在系統性的分布聯系，下一階段將嘗試把這一規律向更久遠的地質時期外推，以檢驗其在不同構造背景、不同地質年代下的適用性。這一工作雖然更為艱難，但有望成為未來稀土及其他關鍵礦產勘查預測的“關鍵一環”。
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