白云鄂博作为全世界最大的稀土矿，占据了全世界三分之一的稀土储量，但中国作为全球稀土资源与供给大国，近年来稀土优势地位不断下降，因此，研究白云鄂博赋稀土碳酸岩对认识碳酸岩理论体系和对白云鄂博稀土矿深部增储的重大国家需求都具有重要意义。
白云鄂博赋稀土碳酸岩位于华北克拉通北缘（图1A），产出于13亿年的裂谷环境中，Mg、Fe、C和O同位素表明它们来自于地幔岩浆，理论上该碳酸岩可延伸至地球深部，但它与S波波速结构相矛盾，波速结果显示白云鄂博矿区在约2.5 km深度处有明显的速度变化，表明它们可能是受断层影响的结果。同时，白云鄂博碳酸岩普遍含磁铁矿和赤铁矿，具有低阻异常特征，为开展碳酸岩深部特征研究提供了可能性。
中国科学院地质与地球物理研究所白云鄂博攻坚团队针对上述问题，利用自主研发的地面电磁探测系统（SEP）在白云鄂博地区实施大地电磁（MT）测量（图1B），开展了详细的构造地质学解剖，结合浅部地球物理资料，揭示了白云鄂博地区碳酸岩系统的结构特征。
图1(A) 白云鄂博矿区大地构造位置示意图；（B）白云鄂博及周边地质图和大地电磁测深（MT）位置图
结果显示：白云鄂博地区发育两条中生代大型逆冲断层：菠萝头-东介勒格勒-西矿南断裂（F1）和好庆-尖山北断裂（F2）将主体碳酸岩（Ca1）和被花岗岩侵入的碳酸岩（Ca2）叠置到了白云鄂博矿区（图2A）。依据水源头飞来峰与白云鄂博矿区的距离推测断层F2的推覆距离大于10 km，而相似的左行雁列式排列的高磁异常带揭示断层F1将碳酸岩Ca2推覆了约30 km（图2A）。长约80 km、深100 km的大地电磁测深（MT）二维剖面结果显示：白云鄂博矿区低阻体 (<500Ω·m) 延伸有限，仅在地表约2.5 km以浅，而矿区南部发现两条低阻异常体(<500Ω·m)，一条位于矿区南约30 km的圐圙点力素（C3），另一条位于矿区南约14 km处（C4），它们可能与深部低阻体（C2、C5）相连接（图2B）。将断层错动的碳酸岩恢复至其根部位置，显示碳酸岩分别位于矿区南约14 km和圐圙点力素处，与MT所揭示的低阻异常体位置吻合（图2）。
依据以上证据，推断白云鄂博赋稀土矿碳酸岩体系为：碳酸岩起源于60-70 km的地幔深部，然后沿地幔岩席状杂岩带进入到地壳中，分裂为两条陡立的岩浆通道，最后到达圐圙点力素和矿区南约14 km的浅表部位（图3）。
图2（A）白云鄂博地区构造剖面图，展示了从水源头飞来峰到圐圙点力素地区的两条中生代逆冲断层及其对赋矿碳酸岩的改造特征；（B）白云鄂博地区大地电磁测深（MT）二维剖面图，展示了该地区发育的低阻异常体分布位置
图3白云鄂博中元古代赋矿碳酸岩体系示意图，由固结的部分熔融区域、地幔岩席状杂岩带好两条岩浆通道构成，将碳酸岩从地幔泵入到浅表
该研究的意义在于：（1）该研究首次获得了“关于碳酸岩起源的、看得见的（准）证据”，揭示了碳酸岩的地幔岩浆体系，与地球化学信息推测结果一致；该模型为寻找隐伏矿体及新的矿区提供了借鉴意义；（2）白云鄂博赋矿碳酸岩可能存在两个岩浆上涌通道，二叠纪花岗岩改造了其中一条岩浆通道的碳酸岩，而另一支碳酸岩未被改造，否定顶垂体观点；（3）中生代逆冲断层错断了赋矿碳酸岩通道，其浅部整体向北推移，而根部矿体是深部资源探测的前景区域。
研究成果发表于国际学术期刊Geology(薛国强，张继恩*，陈卫营，武欣，王建，底青云，徐亚，赵永岗，李献华，赵育龙，Ross Mitchell. Translithospheric carbonatite magmatic system of the world’s largest REE deposit, Bayan Obo, China[J]. Geology, 2024. DOI: 10.1130/G52604.1.) 。该研究受到国家自然科学基金（92262303）、中国科学院战略先导专项（A类）(XDA0430204)、白云鄂博稀土资源研究与综合利用全国重点实验室联合基金（GZ-2023-1-LH-003）支持。
美编：陈永焱
校对：刘强