稀土元素（REE）作为现代社会发展和能源转型的关键战略资源，被广泛应用于工业、军事、医疗、环保和新能源等多个领域（侯增谦等，2020）。在17种稀土元素中，Pr、Nd、Tb、Dy和其他重稀土元素为高价值REE元素，被大量应用于绿色能源等高新技术领域（王学求等，2024）。尽管我国稀土储量和产量位居世界第一，但多以轻稀土元素（La、Ce）为主，Pr、Nd、Tb、Dy等高价值稀土元素占比较低，但需求较大。近年来，西方产业联盟正加速构建独立于中国以外的稀土产业链，全球稀土供应趋于多元化，稀土贸易格局正在发生转变。作为传统的稀土产业大国，中国在稀土领域的垄断地位面临挑战。为此，我国于2024年启动新一轮稀土找矿突破行动，旨在突破高价值稀土元素新区找矿，实现增储上产目标。
位于我国华北克拉通北缘的白云鄂博，是全球最大的以轻稀土为主的碳酸岩型REE-Nb-Fe矿床。白云鄂博矿床发现于1927年，自该矿床发现之后的近百年里，华北克拉通北缘始终未实现同类型矿床的重大找矿突破。华北克拉通北缘是否存在第二个“白云鄂博”？去哪里寻找？一直是困扰科学家们的“百年谜题”。基于此，侯增谦院士及团队依托中国地质科学院先导项目，在白云鄂博以西约150 km的巴彦淖尔地区开展了中—重稀土成矿条件研究与战略靶区优选，取得以下重要新进展。
1 发展碳酸岩型稀土矿床成矿新理论，指导圈定找矿战略新区
近年来，针对碳酸岩型（含碳酸岩-碱性岩杂岩体）稀土矿床研究中存在的若干关键科学问题，学者们通过典型实例矿床解析（Yang Kuifeng et al.，2019; Zheng Xu et al.，2023; Anenburg et al.，2024; Liu Yan et al.，2024）、高温高压实验（Yuan Xueyin et al.，2023，2024; Zhu Xinxiang et al.，2024）、地球物理以及多学科交叉研究（Hou Zengqian et al.，2015，2023），取得了重要研究进展，提出了克拉通边缘碳酸岩型稀土矿床两阶段成因新模型：① 早期古俯冲过程中，富REE-CO2流体或富REE混杂岩体交代上覆的岩石圈地幔，在克拉通边缘形成富集REE的岩浆源区；② 晚期碰撞造山过程中，陆-陆俯冲诱发软流圈物质上涌诱发加厚的富集岩石圈地幔根部分熔融形成富REE的初始碳酸岩岩浆，后者沿穿岩石圈断层（或薄弱带）侵入浅部地壳，并在地壳尺度下经历一系列的岩浆不混溶、结晶分异、围岩混染（反矽卡岩化）、盐熔-流体转换和热液蚀变（霓长岩化），最终形成高品位的大型或超大型REE矿床。
基于上述模型，我们系统梳理出碳酸岩型稀土矿床的六大成矿要素：① 克拉通边缘（具有加厚大陆地幔根的裂谷带或碰撞带）；② 碳酸岩-碱性岩-基性岩组合（古俯冲带之上的碳酸盐化地幔岩石圈）；③ 地幔源区REE初始富集（大洋沉积物通过俯冲深循环）；④ 碳酸岩与富磷铁矿共生（岩浆不混溶促使REE再分配）；⑤ 碳酸岩浆经历大量流体出溶（广泛的交代和蚀变促使REE再富集）；⑥ 良好的盖层条件和封存空间（板岩与火成岩组合阻滞流体逸散）。
巴彦淖尔位于华北克拉通北缘，后者在太古宙（~2.5 Ga）时期经历过古俯冲作用，形成大陆克拉通（Zhai Mingguo et al.，2015）。前人通过分布在固阳—武川、乌拉特中旗和乌拉特后旗变质中酸性岩（2545~2491 Ma）的地球化学特征研究，表明其母岩浆源区具有古老地壳、新生循环地壳物质（段瑞涵等，2021）以及LREE中等富集的特征，暗示在太古宙该地区可能已经形成富集岩石圈地幔（Zhai Mingguo et al.，2003），可为稀土矿床的形成提供了先决条件。此后，该区域在1.85~1.8 Ga发育白云鄂博群巨厚沉积盖层。 1∶20万地质图及资料显示（内蒙古自治区第一区域地质测量队，1971），该区出露保存完整的白云鄂博群盖层（H1~H8），以及未被古生代（~270 Ma）热事件破坏的、且具有碱性热液蚀变的富REE浅灰色大理岩-纹层状石榴透闪石大理岩-煌斑岩-碱性正长岩组合。这些特征表明，巴彦淖尔地区很可能存在一套与白云鄂博类似的碳酸岩+碱性岩+基性岩组合，以及保留良好的潜在岩浆-热液-REE矿化系统；并且，发育良好的白云鄂博群及其上部片岩和片麻岩可为上述REE蚀变矿化系统提供良好的盖层条件和封存空间。结合地球化学勘查显示的REE富集异常（Zhou Jian et al.，2020）特别是拉乌特中旗，满足碳酸岩型稀土矿床形成的六大成矿条件，具备成为找矿战略新区的潜力。
2 通过REE异常查验与大比例尺区域地质填图，在巴彦淖尔空白区发现多处碳酸岩-正长岩杂岩体
通过区域地质调查与大比例尺地质填图，在内蒙古巴彦淖尔地区首次发现多处碳酸岩-正长岩杂岩体（图1）。碳酸岩以岩墙或岩脉形式侵位于色尔腾山群片麻岩或片岩中，走向近S-N向或NNW-SSE向，局部为E-S向厚度从0.2~5 m不等，延伸数十米，多数呈隐伏状。露头上，碳酸岩与围岩呈明显的侵入接触，在接触带附近可发育典型的霓长岩化，局部出现石榴子石化、辉石化和角闪石化和萤石化。此外，区域内发现多处与碳酸岩空间上呈密切伴生的碱性正长岩脉群，其走向呈近NNW-SSE向，单个脉宽约1~5 m，延伸数十米至上百米。该区广泛发育数条相互平行的煌斑岩脉，走向约为275°~315°，延伸数百米。
图1巴彦淖尔地区碳酸岩、煌斑岩和碱性岩分布和野外照片
3 采用多方法联合，初步查明巴彦淖尔西部碳酸岩年代学、岩石学及其源区特征
为了确定巴彦淖尔碳酸岩及伴生煌斑岩和碱性岩的成岩时代、源区特征及含矿性，开展了系统的岩相学研究、锆石和独居石LA-ICP-MS U-Pb定年、全岩主微量地球化学分析、方解石碳-氧同位素及全岩Sr-Nd同位素分析。锆石U-Pb同位素定年结果显示，由于锆石经历Pb丢失，因此获得了两组交点年龄，分别为1829.4±3.5 Ma（MSWD=6.8，n=26）和847±8 Ma（MSWD=1.9，n=65），表明巴彦淖尔碳酸岩形成时代早于白云鄂博碳酸岩（~1300 Ma；Yang Kuifeng et al.，2019）。区域正长岩具有两期锆石U-Pb年龄，具体表现为较老的锆石经历了Pb丢失，其上交点年龄为2028±44 Ma（MSWD=1.4，n=12），代表正长岩形成于古元古代；年轻的锆石加权平均年龄为240±1.4 Ma（MSWD=3.7，n=11），代表了三叠纪的正长岩成岩年龄。
通过已有的全球含矿和贫矿碳酸岩的主微量元素特征与巴彦淖尔碳酸岩对比，结果显示巴彦淖尔碳酸岩的REE、CaO/MgO、Ba、Sr/Ba比值部分落于含矿碳酸岩区域（Hou Zengqian et al.，2015）（图2），显示了该区域具有成矿潜力。相比全球范围内其他贫矿碳酸岩，该区域碳酸岩具有较低的Nb/Y 比值（1.0±0.5），暗示其岩浆源区的REE初始富集可能与再循环的远洋沉积物脱出的流体交代有关。这一特征与全球主要含矿碳酸岩的源区组成特征类似，为巴彦淖尔地区含矿碳酸岩的形成奠定了物质基础。
碳酸岩中方解石的δ13CV-PDB值为-10‰~1.7‰；δ18OV-SMOW‰值为-1.2‰~28.7‰，与白云鄂博稀土矿床中碳酸岩的分布范围一致，显示出壳幔混合特征；磷灰石原位Sr-Nd同位素、方解石原位Sr同位素和碳酸岩全岩Sr-Nd同位素组成显示，巴彦淖尔碳酸岩具有类似于富集地幔I的Sr-Nd同位素特征（（87Sr/86Sr）i=0.7046~0.7062，εNd（t）=-4.0~+2.5），与白云鄂博的镁质碳酸岩的Sr-Nd同位素组成相似（图3），表明其源区可能为受壳源循环物质交代的岩石圈地幔。
异常区野外查证和室内研究，在乌兰哈达发现一条长约5.2 km、宽约1.2 km的稀土矿化带（图4），其中多个地段达到工业品位（李以科等，2025）。该区矿化蚀变类型主要有黏土化、黑云母-绿泥石化、褐帘石化等，并与碳酸岩-正长岩杂岩体和片麻岩关系密切，主要稀土矿物是独居石和氟碳铈矿。其中，独居石的U-Pb定年结果显示，主成矿时代为1823 Ma，与碳酸岩-碱性岩成岩时代接近，晚期283~258 Ma为热液改造叠加事件。矿化蚀变和成岩成矿时代特征进一步揭示了该矿化带的形成与碳酸岩杂岩体密切相关。
图2调查区碳酸岩主微量投图
（a）—Ba-Nb/Y投图；（b）—REE-CaO/MgO投图；（c）—Ba-REE（×10-6）投图；（d）—Sr/Ba-REE投图
图3巴彦淖尔地区碳酸岩C-O同位素组成（a）和Sr-Nd同位素组成（b）
图4乌兰哈达REE矿化带碳酸岩-碱性岩分布及矿化类型空间展布图
综上所述，本次在巴彦淖尔空白区首次发现的古元古代岩浆碳酸岩和碱性岩为地幔来源，并具有成矿潜力。该区新发现的乌兰哈达稀土矿化带为实现高价值稀土找矿突破奠定了重要基础。
