四川牦牛坪稀土礦床是近年來我國發現的最大稀土礦床，在同類礦床中居世界第三位(楊正喜等，2001)。由於我國稀土資源並不短缺，國家已經實現了保護性開采，地質工作的投入極其有限，所以鉆探工作壹般只控制到400m的深度，但大部分礦體實際上還在繼續向下延伸，同時出現了壹些新的礦體。因此，牦牛坪是壹個非常有潛力的礦床。該礦床品位高，稀土元素主要富集在氟碳鈰礦等少數礦物中，且礦物粒度大，易采易選，礦山經濟效益十分顯著。這種大尺寸氟碳鈰礦往往分布在富含稀土元素的碳酸鹽巖中。然而，碳酸鹽巖的起源已經爭論了十多年。壹種觀點認為碳酸鹽巖為巖漿成因(蒲廣平，1988，1993，2001；陳從德等，1991；蔣，1992；牛采荷，1994)，另壹種意見是屬於熱液成因，碳酸鹽巖應稱為方解石脈(袁忠信等；1995)。近年來，在開采過程中發現地表分散的含礦方解石脈往往在深部相互貫通，寬度可達40m、50m，局部侵入堿性正長巖中。但由於多期成礦作用和強烈的熱液疊加改造，往往很難壹眼分辨出巖漿碳酸鹽和熱液脈(這可能是對方解石脈認識不同的原因之壹)。但可以清楚地看到碳酸鹽巖被堿性花崗斑巖和含礦石英脈切割，表明碳酸鹽巖形成於斑巖和熱液應時脈之前。
根據礦區及區域地質特征(大陸海槽等地也有巖漿碳酸鹽巖)，考慮到碳酸鹽巖主要由方解石組成，並伴有方鈉石、鉀長石、霓石-霓石等矽酸鹽礦物和氟碳鈰礦等稀土礦物，屬於典型的粗粒方解石碳酸鹽巖(S？Viet)，且稀土元素含量高，輕稀土富集強，Th/U比值和碳氧同位素組成高(δ13 CPDB =-6‰~-7‰；δ18 osmow =+7‰~+8‰)與巖漿巖相同，但與熱液方解石不同(王等，2001)。結合國內外其他碳酸鹽巖的對比，認為這裏屬於巖漿碳酸鹽巖。這種巖漿碳酸鹽巖壹般出現在大陸裂谷地區，如東非裂谷，對應地殼變薄。而牦牛坪碳酸鹽巖位於龍門山-金平山地幔斜坡區(圖6-1)，為新生代造山帶，碳酸鹽巖形成時代與造山帶完全壹致，屬於同造山巖漿碳酸鹽巖。除碳酸鹽巖外，區內還有壹系列與稀土礦化有關的堿性巖(圖6-2)，通常常見於裂谷地區。
圖6-1攀西裂谷帶莫霍面深度及深部構造劃分
(據張雲翔等，1988)
圖6-1莫霍面深度和攀西裂谷帶的深部構造背景
1—莫霍面等深線；2-深部構造分帶線；3-西部緩慢傾斜的地幔斜坡；4-龍門山-金平山地幔坡緩傾區；5-東部地幔斜坡區；6-涼山地幔坳陷區；7-康滇地幔隆起區；8—滇西地幔凹陷區
圖6-2攀西稀土礦帶地質構造示意圖
(據蒲廣平2001)
圖6-2攀西稀土成礦帶構造示意圖
1-富稀土石英正長巖和堿性花崗巖；2-正長巖；3-富堿花崗巖；4-堿性花崗巖；5-基底斷裂；6-骨折；7—大陸邊緣海相中生代分布區；8-前震旦紀古陸分布區；9—古生代和陸生中生代分布區
總之，牦牛坪等地新生代造山運動中碳酸鹽巖和堿性巖的出現，說明僅憑碳酸鹽巖和堿性巖的出現，不能證明當時的構造環境是大陸裂谷，更不用說巖石的地球化學資料了。也就是說，現在流行的通過基於巖石地球化學數據的地球化學圖來判斷構造環境的方法是有局限性的。
2.牦牛坪礦床同位素地球化學特征。
牦牛坪礦床稀土元素主要富集在碳酸鹽巖中。從宏觀上看，碳酸鹽巖可分為淡紅色碳酸鹽巖和無色碳酸鹽巖，兩者均以粗粒方解石為主。在白色碳酸鹽巖中，方解石占95%以上，而在肉紅色碳酸鹽巖中，方解石含量變化較大(50% ~ 90%)，還含有微斜長石、霓石、黑雲母、鈉閃石、鈉閃石、磷釔礦、燒綠石等典型巖漿碳酸鹽巖中的常見礦物。方解石的粒度壹般在1cm以上，故可稱為粗方解石碳酸鹽(S？vite).其他類型的碳酸鹽巖，如細方解石碳酸鹽(鋁釩石)、鐵白雲石碳酸鹽(鐵白雲石碳酸巖)和碳酸鎂(貝佛石)目前仍然很少。碳酸鹽本身在後期被含礦石英脈切割。應時礦脈還含有螢石、氟碳鈰礦等有用礦物，但分布有限，脈寬僅20 ~ 50厘米。
對牦牛坪礦區中部牦牛坪礦段出露的碳酸巖進行了取樣分析。每個樣品約1kg，先破碎後篩分，再由中國地質調查局(宜昌)同位素地球化學中心檢測。鉛、鍶和釹的同位素數據列於表6-1和表6-2。其中，樣品MN-1-2為含螢石氟碳鈰礦碳酸鹽巖，MN-1-4為方鈉石碳酸鹽巖，MN-2-10和MN-2-7為白色碳酸鹽巖，MN-2-6為重晶氟碳鈰礦碳酸鹽巖，MN-40為淺紅色粗方解石。圖6-3顯示了牦牛坪碳酸鹽巖的同位素組成，並與其他地區的碳酸鹽巖進行了對比。從圖6-3可以看出，牦牛坪碳酸鹽巖具有相對均勻的同位素組成，與EMII端元的地幔同位素組成相似，但與烏幹達東非裂谷帶Oldoinyo Lengai1993噴發的鈉質碳酸鹽巖(來自HIMU型地幔端元)和印度Amba Dongar的碳酸鹽巖明顯不同。這些差異也反映了地幔同位素組成的不均壹性。
表6-1四川牦牛坪碳酸鹽的鉛同位素組成
註:測試單位:中國地質調查局同位素地球化學中心(宜昌)。
表6-2四川牦牛坪碳酸鹽巖的鍶和釹同位素組成
註:方解石樣品由原地質礦產部地質研究所同位素實驗室根據袁忠信等(1995)測定。其余為本文數據，由中國地質調查局(宜昌)同位素地球化學中心測定。
圖6-3牦牛坪碳酸鹽巖同位素圖
圖6-3牦牛坪碳酸鹽巖同位素組成圖
空心圓——牦牛坪；實心圓-—Oldoinyo Lengai(貝爾和西蒙內蒂，1996)；三角形——Amba Dongar(Simonetti等人，1995) EMI-I富集地幔；富含Emii-II的地幔；HIMU——高μ地幔；NMORB——正常洋中脊玄武巖；OIB——海洋島玄武巖；NHRL——北半球參考線
3.討論-成礦的動態過程
(1)牦牛坪礦區的構造背景
堿性巖漿巖，包括碳酸鹽巖，壹般形成於裂谷和伸展環境(白鴿等人，1985)。牦牛坪稀土礦床位於攀西裂谷北緣哈哈斷裂中段，攀西裂谷是在早古生代地臺基礎上發展起來的陸內或陸緣裂谷。裂谷作用始於早古生代末，發展於晚古生代和中生代，並在新生代隨著喜馬拉雅運動而閉合。因此，牦牛坪碳酸鹽巖和稀土礦床的形成與攀西裂谷沒有實質性的關系。根據袁忠信等人(1993)的資料，牦牛坪成巖成礦時代為40.3ma ~ 12.2ma，屬新生代成礦。在此期間，壹系列北北東向斷裂和褶皺在此匯聚，實際上是壹個擠壓和扭轉的構造環境，屬於龍門山-金平新生代陸內造山帶的壹部分(羅耀南等，1998)。地球物理資料表明，牦牛坪地區處於康滇地幔隆起與龍門山-金平山地幔斜坡的過渡地帶(張雲祥等，1988)。
(2)牦牛坪與其他碳酸鹽巖成巖環境的對比。
碳酸鹽巖主要形成於穩定的地臺區，但也可出現在造山帶甚至島弧區，因此地質環境多種多樣，但大多形成於裂谷拉張過程中(馮忠彥，1985)。世界上500多個碳酸鹽-堿性/堿性巖雜巖主要集中在東非裂谷帶、斯堪的納維亞北部-科拉半島、加拿大東部和巴西南部，在構造上受大陸內部及周圍深大斷裂的制約(Kamitani和Hirano，1990)。最典型的是東非裂谷帶的壹系列新生代碳酸鹽-堿性巖雜巖。牦牛坪雖然位於攀西裂谷帶北部，但新生代以來壹直處於陸內演化階段，尤其是成礦階段，屬於龍門山-金平新生代陸內造山帶的壹部分(羅耀南等，1998)。碳酸鹽巖和堿性巖本身在地球化學上具有壹些陸內伸展和造山帶的特征(圖6-4)，實際上反映了造山過程的復雜性，或者說地殼在增厚，地幔物質在上升。位於同壹構造帶(鮮水河大型走滑構造帶)北部的折多山花崗巖，出露面積800km2，侵入於12.8Ma(許誌琴等，1997)，這也說明當時的牦牛坪地區處於造山隆升階段，而不是大陸裂谷。
圖6-4碳酸鹽巖及其伴生長石燧石中微量元素珍珠的結構圖
(部分數據引自袁忠信等人，1995)
圖6-4繪出了珍珠微量元素構造圖中的碳酸巖和nordmarkite樣品
VAG——火山弧花崗巖；WPG——板內花崗巖；硫綠同碰撞花崗巖；ORG——大洋中脊花崗巖；異常洋中脊花崗巖
(3)牦牛坪碳酸鹽巖成巖成礦的地球動力學機制。
由上可見，裂谷拉張環境不是碳酸鹽巖及相關成礦作用的必要條件，但高活性地幔物質的存在和有效上湧才是牦牛坪稀土礦床形成的關鍵。考慮到小規模堿性巖不易穿透不斷增大的地殼，推測深部可能存在強堿性巖漿房或富集地幔，可沿深大斷裂有效侵入，形成含礦的碳酸鹽堿性巖帶。此時，即使來自地幔的大部分巖漿物質不能輕易穿透不斷增厚的地殼，但壹些流動性很大的巖漿-流體還是會沿著深斷裂上升到近地表。正是在這樣的條件下，牦牛坪地區的碳酸鹽-堿性雜巖最終形成了與安寧河斷裂帶西側的碳酸鹽-堿性雜巖有關的稀土成礦帶。1994年，在牦牛坪以南約130km的大陸海槽發現第二個大型稀土礦床。換句話說，在牦牛坪之後發現更多的稀土礦床，並不是偶然的。
需要註意的是，牦牛坪碳酸鹽巖的同位素組成具有EMI型地幔端元的特征(圖6-3)，而EMI型地幔是富集地幔，不可能是洋殼或沈積物再循環的產物(Hart，1988)。其富集的原因是小規模的熔體和交代流體(Richardson等，1982)。EMI的典型例子是沃爾維斯洋脊和夏威夷(White，1985)，它們是放射性鉛含量最低的地幔柱產物。根據碳酸鹽巖的同位素組成推斷，牦牛坪的碳酸鹽巖來自富集地幔，未受到地殼沈積物的明顯汙染(圖6-3)。牦牛坪礦區晚期侵入碳酸鹽巖的應時脈的氦同位素測試表明，最高的3He/4He比值分別為1.95×10-4和3×10-4，而且只有在地幔深部才有如此高的比值。因此，牦牛坪的碳酸鹽巖(以及其他伴生的堿性巖漿巖)意味著它是考察新生代地幔物質活動的壹個窗口。
考慮到牦牛坪的碳酸鹽巖和其他伴生的堿性巖漿巖是在龍門山-金平造山帶形成之時侵位的，強烈的地表擠壓只讓流動性強的地幔物質快速到達上地殼，從而避免了地殼物質的明顯汙染，同時也有助於含礦的巖漿-流體聚集在壹起，形成大的礦集區而不分散。因此，如果沒有擠壓，成礦物質可能很難集中成礦。因此，深部地幔流體-熔體的快速上升和地表造山帶的同時形成(耦合事件)制約了牦牛坪碳酸鹽巖及其稀土礦床的形成。