图  白云鄂博稀土矿床成因模式。

(A) 中元古代（1320 Ma）的碳酸岩岩浆喷发至附近盆地形成层状H8白云质岩石；(B) 赋矿H8岩石发生构造变形，渗透性增强；(C) 早古生代（430 Ma）碳酸岩以岩脉形式侵入；(D) 早古生代碳酸岩岩浆携带大量富稀土的碱性流体，通过交代H8等围岩形成顺层或脉状矿化

　　内蒙古包头市白云鄂博矿床稀土储量超过1亿吨，平均品位5.6%，是全球最大的稀土矿床，过去二十年供应了全球近60%的稀土需求量。稀土矿化主要赋存在H8白云岩中，两种主要稀土矿物为独居石和氟碳铈矿。前人研究显示，赋矿H8白云岩为形成于中元古代（约13亿年）的火成碳酸岩，但稀土矿的定年结果则主要集中在晚古生代（约4亿年）。虽然矿床发现已接近100年，但关于该矿床的成因仍未取得统一认识。

　　在尊龙凯时项目（批准号：42325303、92262303）资助下，来自北京大学与中国科学院地质与地球物理研究所和英国杜伦大学的联合研究团队，自2019年开始在白云鄂博开展地质填图研究，系统厘定了白云鄂博矿区48平方千米范围内的火成碳酸岩分布。在此基础上开展的火成碳酸岩锆石U-Pb定年研究工作揭示，除1320 Ma的火成碳酸岩外，白云鄂博还广泛分布430 Ma的碳酸岩岩浆活动。这些碳酸岩主要呈脉状穿切H8碳酸岩，并引起霓长岩化等蚀变，为早古生代富稀土流体的来源提供了合理解释。研究成果以“古生代火成碳酸岩控制白云鄂博稀土成矿（Paleozoic carbonatites controlled rare-earth-elements mineralization at Bayan Obo）”为题，于2025年4月23日发表于《科学进展》（Science Advances）。论文链接：http://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.ads9481。

　　该研究提出了白云鄂博稀土成矿新模型：中元古代（1320 Ma）的碳酸岩岩浆喷发至附近盆地，低粘度的岩浆与盆地水混合流动并冷却结晶形成具有“层状”构造的H8单元（图）。由于岩浆快速喷出，岩浆分异程度低且流体出溶有限，该阶段REE矿化较弱。然而，后续的构造变形不仅增强了其层理，还增强了其渗透性，这为后期水岩相互作用提供了有利条件。早古生代（430 Ma）碳酸岩以岩脉形式侵入H8单元及其覆盖的沉积地层，并携带大量富稀土的碱性流体。该期流体通过交代先前的岩石形成顺层或脉状矿化。在流体上升过程中，与含硅围岩反应消耗了重稀土，导致残余流体进一步富集轻稀土，最终在与H8单元的交代反应过程中形成大规模的矿化（图）。

　　为进一步厘定两期碳酸岩对稀土成矿作用的贡献，研究团队对4件跨越12个年份的稀土精矿样品开展了年代学和地球化学研究。统计分析表明，早古生代碳酸岩岩浆活动贡献了超过70%的稀土资源，颠覆了传统“中元古代主导成矿”的认知。

　　该研究强调，早古生代碳酸岩岩浆出溶富稀土的碱性流体交代先前形成的H8单元是形成白云鄂博矿床稀土矿化的核心机制。这一模型解释了赋矿H8单元既表现出类似“沉积层理”和与砂岩互层的特点，同时又具有典型与碳酸岩相近的地球化学特征，并明确了多期碳酸岩岩浆-热液活动是形成世界级稀土矿床的关键因素。