图 俯冲带中REE的迁移和富集模型示意图

在国家自然科学基金项目(批准号：92162216)等资助下，中国地质科学院地质研究所侯增谦院士团队(朱鑫祥博士、刘琰研究员等)，在俯冲条件下的稀土迁移机制方面取得新进展。研究成果以“次大陆岩石圈地幔中大量稀土元素的富集是由底辟作用而非熔融作用引起的(Massive rare earth element storage in sub-continental lithospheric mantle initiated by diapirism, not by melting)”为题，于2023年12月28日在线发表在《地质学》(Geology)。

稀土元素是现代技术发展中必不可少的关键金属元素，大多产出于碱性杂岩体和碳酸岩岩体之中。这些岩体往往都拥有一个受俯冲作用影响所形成的富集岩浆源区，但并未直接形成于俯冲带中，而是在陆内、裂谷、同碰撞及后碰撞等环境中大量出现。以往研究认为：洋壳在俯冲过程中会脱出大量富稀土的流体并交代岩石圈地幔形成富稀土的岩浆源区，该源区随后受地质事件活化进而形成富稀土的岩体或矿床。然而，流体能否迁移REE?岩石圈地幔究竟如何富稀土化?富稀土的岩体或矿床为何没有直接形成于俯冲带中?等问题仍需进一步地质约束。

研究团队采用天然深海富REE沉积物，模拟俯冲带条件开展了高温高压实验模拟。实验结果显示，天然富REE沉积物在俯冲带条件下难以熔融，主要形成榴辉岩相的混杂岩体，且无论其熔融与否，稀土都趋于富集在固态的矿物相中，而并未进入熔/流体，因此，原有的熔/流体迁移模型已不足以解释俯冲条件下稀土元素的迁移机制。通过密度进行计算，研究团队发现俯冲带中该混杂岩体的密度总小于岩石圈地幔，因此能够具有向上的浮力，能够直接以固态底辟形式携带大量REE向上覆岩石圈地幔迁移。

据此，研究团队提出：俯冲过程中稀土向岩石圈地幔的大规模迁移主要由固体岩石的底辟作用控制，而非熔/流体。底辟的难熔性导致其不能在俯冲带中直接形成富稀土的弧岩浆，仅能在后续的地质作用活化下方能大量熔融。同时，由于底辟和熔流体的成因和所携带物质等差异，将在俯冲过程中形成不同的富集岩浆源区(图)，进而在之后的地质事件影响下形成沿俯冲缝合带平行分布的多条成矿带。这一研究成果的提出极大地丰富和完善了稀土元素的成矿理论，也为其他类型矿床的找矿勘查提供了有利依据。