稀土元素是支撑信息技术、高端装备制造、新能源、新材料等战略性新兴产业发展的关键资源。碱性杂岩体承载了全球约30%的稀土资源，其成因与富集机制一直是国际地学界关注的前沿科学问题。长期以来，学界普遍认为富稀土碱性岩浆主要来源于受俯冲作用交代的富集岩石圈地幔，但对于地幔源区究竟如何富集、何种俯冲物质起主导作用，仍缺乏统一认识。对于地幔源区富集主要受海洋沉积物还是蚀变洋壳控制学界一直存在争议。同时，海洋沉积物本身由自生矿物、碎屑矿物等多种组分混合构成，端元组成高度复杂。此外，俯冲物质进入岩石圈地幔后可在亚固相线条件下长期保存并叠加多期俯冲改造事件，最终造成源区成分高度不均一。

针对上述科学问题，我校地球科学与资源学院邱昆峰教授、邓军教授联合国内外合作者，以华北克拉通东部鲁西与赛马地区富稀土碱性杂岩体为研究对象，结合野外地质调查和前人研究，综合运用Li-Ba-Sr-Nd多元同位素示踪方法，对碱性杂岩体的源区性质与富集过程开展深入研究，取得了以下重要认识：

1.   揭示陆源沉积物俯冲是碱性岩源区富集的重要机制。研究提出大陆风化导致稀土元素发生显著分异。中重稀土进入高岭石、伊利石等黏土矿物，轻稀土则赋存于独居石、磷灰石等碎屑矿物。富稀土碎屑矿物经河流搬运后在大陆架沉积形成富稀土陆源沉积物，在后续俯冲过程中进入地幔深部为地幔源区稀土富集提供重要物质基础。

2.   提出陆源沉积物俯冲与长期滞留叠加改造控制富稀土碱性岩浆形成的新认识。研究指出华北克拉通经历了多期构造体制转换和汇聚、伸展演化，不同阶段持续发生的陆源沉积物俯冲使岩石圈地幔中逐步形成富集地幔域，并不断叠加、改造和重塑。这一过程不仅塑造了碱性岩浆源区的复杂性，也为富稀土岩浆的形成与演化奠定了深部物质基础。

3.    揭示富稀土地幔源区形成受板块构造演化长期调控。研究认为长期俯冲作用促使不相容元素在岩石圈地幔中持续预富集，冷俯冲启动是地幔稀土富集的重要转折点。更冷、更深的俯冲过程能够将富稀土沉积物输送至更深部地幔，并通过释放富轻稀土及挥发分的熔/流体对地幔源区进行富集交代，进而成为富稀土碱性岩浆形成的重要介质与动力来源。

研究从陆源沉积物再循环的全新视角，深化了对富稀土碱性岩浆源区形成机制的认识，为理解稀土资源深部预富集、再活化及成矿响应之间的内在联系提供了新的科学依据。相关成果对于完善稀土成矿理论体系、服务国家关键矿产资源勘查与战略保障需求具有重要科学意义。

图1 全球碱性岩相关稀土矿化（矿床）分布与形成时代示意图

图2 交代作用导致的地幔锂同位素变化与不同俯冲端元对比示意图

本研究受国家重点研发计划（2023YFF0804200）、国家自然科学基金（92462302，91962106）、深时数字地球前沿科学中心项目（2652023001）等联合资助。发表在国际权威期刊《Nature Communications》：Qiu, K.F.*, Long, Z.Y.*, Rolf, R.L., Ralf, H., Williams-Jones, A.E., Yu, H.C., Li, S.S., Wu, M.Q., Deng, J*. 2025. The mantle source of REE-rich alkaline silicate magmas can be enriched by continent-derived sediment subduction. Nature Communications 16, 11191.

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-66213-w