碳酸岩岩浆起源于上地幔,具有低粘度,富挥发分,富集不相容元素等特点,可以缓冲地壳混染,能够为地幔长期演化提供重要的信息。在空间上,碳酸岩常与碱性硅酸岩紧密共生并形成环状杂岩体。此外,碳酸岩常与铌、稀土等矿产资源有着密不可分的联系。碳酸岩型稀土矿床往往具有品位高、规模大的特点,对其研究具有重要的科学意义和经济价值。目前,碳酸岩与伴生碱性硅酸岩之间的成因关系还存在争议,且碳酸岩中稀土元素的富集机制及成矿过程也尚未清楚。庙垭碳酸岩-碱性岩杂岩体位于南秦岭武当地块的西南缘,靠近勉略缝合带。碳酸岩以岩株或岩脉的形式侵入于正长岩中,富含Nb和REE,整个岩体即矿体,是国内第二大碳酸岩型铌-稀土矿床。庙垭碳酸岩和碱性正长岩的成岩时代存在争议,碳酸岩与碱性正长岩的成因关系上也存在争论。本次研究在细致的野外和岩相学工作基础上,开展多种副矿物(锆石、独居石、磷灰石、铌铁矿)原位微区年代学研究和组成矿物微量元素及同位素组成特征来准确厘定其成岩成矿时代以及稀土富集过程。庙垭正长岩主要由碱性长石组成,含少量微斜长石、钠长石、黑云母、石英、硫化物、锆石、铌铁矿、铌金红石等副矿物。正长岩在岩体内不同产出位置具有不同的结构特征,钾长石粒间往往充填有碳酸盐矿物或可见热液独居石充填交代蚀变。庙垭碳酸岩主要由中-细粒方解石组成,含少量磷灰石、黑云母、独居石、氟碳(钙)铈矿、石英、铌铁矿、铌金红石及硫化物等副矿物。正长岩中锆石颗粒较大,但都较为破碎,阴极发光图像表明其具有明显的蚀变特征,常包裹有方解石、磷灰石、独居石等子矿物。碳酸岩中锆石颗粒细小且少见,也具有蚀变迹象。庙垭锆石的微量元素显示低U富Th的特征(高Th/U比值),且球粒陨石标准化REE分布图无Eu异常,与碳酸岩-碱性岩体系中的锆石特征相吻合。LA-ICP-MS分析获取正长岩中锆石208Pb/232Th年龄为442.6±4.0 Ma,而碳酸岩中锆石208Pb/232Th年龄为426.5±8.0 Ma。碳酸岩中少数磷灰石U的含量为1~10 ppm,可用于开展U-Pb定年研究。这些磷灰石颗粒在OM-CL下显示斑杂状结构特征(紫色和绿色相互交杂),LA-ICP-MS获得其206Pb/238U年龄为433±11 Ma,与碳酸岩锆石年龄一致。结合其区域地质背景,我们认为庙垭正长岩和碳酸岩的形成与志留纪勉略洋的打开有关,与区域上出露的大量基性岩墙群同属于志留纪裂谷火山活动的产物。碳酸岩和正长岩中独居石颗粒细小但是普遍存在。碳酸岩中独居石常与磷灰石伴生或直接被包裹在磷灰石中;正长岩中独居石以卵圆状集合体形式呈脉状穿插其中,为典型后期热液贯入特征。LA-ICP-MS定年结果显示正长岩与碳酸岩中独居石的Th-Pb年龄基本一致,约为240 Ma。结合区域地质背景,三叠纪时期勉略洋壳向北俯冲闭合导致一系列的构造—热液活动,不仅导致了碳酸岩中磷灰石发生溶解再沉淀作用而结晶出独居石,同时也交代正长岩形成了大量独居石。此外,开展了铌铁矿的U-Pb定年,结果表明其存在两个年龄段,与磷灰石伴生的铌铁矿年龄在380-440 Ma区间内,而分散在碳酸岩中的206Pb/238U铌铁矿年龄为232.8±3.7 Ma。前者的年龄与该岩体侵位时代基本一致,表明在碳酸岩侵位的时候Nb已经开始成矿;后者与热液独居石年龄一致,表明后期的热液活动叠加改造了早期的铌铁矿。为进一步探究碳酸岩岩浆和热液特征,开展了碳酸岩中方解石的C-O-Sr同位素和微量元素组成工作。碳酸岩中方解石C-O同位素显示较大变化范围,其中δ13C变化范围为-6.65~-3.32‰,δ18O变化范围为7.71~12.02‰。表明碳酸岩侵位时受到地壳混染或形成之后受到低温蚀变作用。早期黑云母方解石碳酸岩中方解石和磷灰石中Sr含量较高(9000~12000 ppm),且方解石和磷灰石Sr同位素一致(87Sr/86Sr=0.7035±0.0001),代表了碳酸岩的初始Sr同位素组成。在构造活化和热液交代严重的区域,从碳酸岩透镜体中心到边部方解石的微量元素和Sr同位素变化较大。具体来说,在碳酸岩透镜体中心方解石具有最高的Sr和REE含量,最低的87Sr/86Sr同位素组成(0.7035~0.7042);而边部糜棱岩化带中则Sr和REE含量降低,Sr同位素比值升高(0.7043~0.7046)。从透镜体中心到边部方解石Sr和Sr同位素组成变化表明三叠热液活动可能有地壳物质的混入。有意思的是,边部方解石REE含量降低,流体迁移出REE可能在铁白云石脉中沉淀析出大量轻稀土矿物(独居石、氟碳铈矿、氟碳钙铈矿和褐帘石)。