稀土元素（REE）是21世纪我国经济可持续发展的战略性关键金属元素之一，享有“工业维生素”的美称。碳酸岩型REE矿床是全球最重要的REE矿床类型。前人研究表明，REE需要经历碳酸岩岩浆源区初始富集、岩浆和热液演化等超常过程才能富集成矿。近年来，诸多研究揭示了REE在岩浆源区和热液中的迁移富集机理，但碳酸岩岩浆演化过程及其REE富集和矿化机制仍不清楚。川西牦牛坪碳酸岩型REE矿床位于青藏高原东部冕宁县境内，已探明REE资源量约317万吨（109地质队勘探报告，1991），属于超大型碳酸岩型REE矿床。矿区内主要产出新生代碳酸岩-英碱正长岩杂岩体和燕山期碱长花岗岩，矿体主要赋存在英碱正长岩中（袁忠信等，1995）。已有钻孔资料表明，牦牛坪碳酸岩从岩相上可分为细粒和粗粒碳酸岩，二者在矿物组成上具有较大差异，前者以方解石为主，含有少量角闪石和黑云母；而后者除碳酸盐矿物外，还囊括含量多变的碱性角闪石、黑云母、辉石、重晶石、萤石、石英以及稀土矿物氟碳铈矿。这表明牦牛坪碳酸岩岩浆发生强烈演化，因而可作为研究碳酸岩岩浆演化及其中REE富集和矿化的典型范例。对此，本文以牦牛坪钻孔碳酸岩-碱性岩为主要研究对象，通过综合的岩相学、矿物学和岩石地球化学分析，得出以下认识：
（1）识别出碳酸岩岩浆的组构演化与其REE含量具有正相关性
牦牛坪REE矿床中深部细粒和浅部粗粒碳酸岩的中包含四类方解石，其中一类、二类为新鲜细粒碳酸岩中的方解石；第三类为粗粒方解石，主要产于粗粒碳酸岩中；第四类方解石为碳酸岩-英碱正长岩中接触带中与氟碳铈矿共生的方解石。细粒和粗粒碳酸岩的空间关系表明后者为碳酸岩晚阶段结晶产物。四类方解石逐渐增加的稀土含量表明碳酸岩岩浆演化程度与REE富集具有正相关性。
（2）解译出碳酸岩岩浆快速的分异结晶控制REE超常富集
依据四类方解石中REE含量的持续增加趋势和结晶模型计算结果，本次研究提出碳酸岩岩浆经历分异结晶，而非平衡结晶作用。快速的岩浆分异结晶（ΔF = 5%~10%）不仅有助于碳酸岩发生细粒至粗粒的结构演化；同时驱使REE高效浓集到具有较高分异程度（F = 0.5~0.6）的粗粒碳酸岩中，这是控制碳酸岩岩浆演化过程中REE超常富集的主要机制。
（3）蒙特卡洛模拟围岩混染作用导致碳酸岩岩浆大量脱碳，进而诱发大规模REE矿化
牦牛坪稀土矿床岩浆演化早阶段形成的细粒碳酸岩保留原始Sr-C同位素组成，而晚阶段结晶的粗粒碳酸岩呈现显著的Sr-C同位素脱偶现象，表明碳酸岩岩浆形成后发生围岩混染和脱碳作用。通过蒙特卡罗模拟和瑞利分馏计算，结果表明围岩混染过程不仅促使碳酸岩岩浆发生35%的¹³C同位素丢失，而且还造成40%的外来Sr同位素混入，该过程伴随大量REE矿物氟碳铈矿沉淀。
（5）建立了碳酸岩岩浆演化及其REE富集成矿新模型
基于分异结晶模型，以及碳酸岩中贯通性矿物金云母、碱性角闪石成分变化和碳酸岩与围岩接触带中大量碱性硅酸盐矿物和REE矿物氟碳铈矿的共生关系，建立碳酸岩岩浆演化及其REE富集成矿模型。该模型指出，碳酸岩岩浆结晶分异驱使REE超常富集的同时，由围岩混染引起的碳酸岩岩浆与围岩之间频繁的物质交换，将会大量抽取岩浆中可溶性REE配体组分（如Na、K、CO₃^2-、F）；这些组分与来自围岩摄入的Si、Al等结合，形成大量硅酸盐矿物，并直接破坏岩浆中REE络合物稳定性，这是诱发碳酸岩岩浆演化过程中REE大规模矿化的关键机制。

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