稀土（REE）和铌（Nb）都是非常重要的战略性关键金属,关乎国民经济发展和国家安全,与碳酸岩相关的关键金属矿床目前也成为了国际矿床学研究领域的热点方向。近年来,我国在秦岭造山带南北两端陆续发现了不少碳酸岩型稀土-铌等多金属矿床,但对稀土、铌富集成矿机理认识仍然不足。南秦岭庙垭稀土-铌矿床是国内仅次于白云鄂博的碳酸岩型稀土-铌矿床;而驾鹿稀土矿床是小秦岭地区唯一的轻重稀土均达到工业品位的综合性稀土矿床。为此,本文选择这两个矿床作为研究对象,通过开展系统的矿物学、微区原位矿物地球化学元素、C-O-Sr-Nd同位素和稀土矿物U-Pb年代学研究,以期探讨秦岭造山带内碳酸岩型多金属矿床成因机制、成矿元素赋存状态及分布规律。庙垭矿床的稀土矿化与铌矿化往往是相互独立的,富稀土矿化的碳酸岩中一般不存在铌矿化现象。稀土矿物主要以独居石和氟碳（钙）铈矿产出,在铁白云石碳酸岩脉中具有极度富集现象;铌矿物以铌铁矿、烧绿石等为主,矿物成分异常复杂,在含磷灰石聚集条带的碳酸岩中具有明显的铌富集现象。根据岩相学特征可将庙垭碳酸岩划分为等粒结构的碳酸岩和不等粒结构的碳酸岩。等粒结构碳酸岩主要出露于无明显蚀变的稀土矿体中,方解石具有相对均一的粒度和典型的岩浆结构特征。该类碳酸岩中方解石含有最高的锶和稀土含量,具有轻稀土略微富集的右倾型稀土配分模式。方解石原位Sr-C同位素显示其组成比较均一,其中87Sr/86Sr约为0.7035,δ13C约为-6.0‰。不等粒碳酸岩多分布于构造裂隙发育区域,方解石具有它形不等粒结构,部分方解石可见明显的塑性变形和蚀变特征。该类碳酸岩中方解石具有较低的锶和稀土含量,同时还具有轻稀土亏损特征,方解石的锶和碳同位素组成具有升高的变化趋势。研究表明在早古生代的岩浆过程中,稀土主要进入方解石和磷灰石中;而三叠纪时期的构造热事件引起的交代作用导致方解石和磷灰石的稀土经溶解-再沉淀作用形成大量独立的稀土矿物相。矿物学研究表明庙垭早期铌矿物（如铀烧绿石、贝塔石、铌钙矿）基本上都遭受了三叠纪热液交代作用,然后被原地置换为次生铌铁矿、晶质铀矿、铌金红石及其它含铌矿物。早期不同铌矿物蚀变形成的铌铁矿在地球化学属性上具有继承性,尤其是钽含量的系统变化,如最早结晶的铀烧绿石含有最高的Ta2O5含量（2.33～4.97wt.%）,其蚀变生成的铌铁矿也具有最高的Ta2O5含量（2.7～6.2 wt.%）。结合这些铌矿物与伴生方解石微量元素组成可知,铌铁矿化程度与流体-岩石反应过程中氟活度相关。同时,由于烧绿石族矿物在热液蚀变过程中首先释放Na+,而Na+的存在可与氟磷灰石中REE3+维持电价平衡,阻碍稀土元素的溶解-再沉淀过程,导致稀土矿化与铌矿化相互独立。总的来说,三叠纪热液流体有利于庙垭碳酸岩中稀土元素的活化与再富集,但对铌矿化并没有显著的再富集作用。小秦岭驾鹿矿体主要为原生碳酸岩、角砾型矿石和条带状矿石。轻稀土矿物以氟碳（钙）铈矿和独居石为主,重稀土矿物以磷钇矿为主。微区原位U-Pb年代学分析显示氟碳钙铈矿年龄为231.4±7.2 Ma,氟碳铈矿为234.7±6.5 Ma,独居石为217±5.0 Ma,磷钇矿为227±1.6 Ma,表明驾鹿的重稀土与轻稀土矿化均与三叠纪时期的碳酸岩岩浆热液活动相关。原生碳酸岩中锰方解石具有最低的锶同位素组成(87Sr/86Sr=0.7057～0.7067)和最高的重稀土含量（HREE+Y=663～1497 ppm）,但未见独立稀土矿物相。结合矿石中原生氟碳（钙）铈矿和独居石的原位钕同位素组成表明驾鹿碳酸岩起源于地幔低程度部分熔融,以EM1地幔端元为主,并且源区可能存在富重稀土的榴辉岩相变质洋壳的贡献。热液方解石和蚀变氟碳铈矿的Sr-Nd同位素特征表明驾鹿碳酸岩晚期热液流体中有地壳物质的加入。驾鹿轻重稀土矿化主要与碳酸岩岩浆期后热液交代作用相关,稀土迁移和沉淀受到不同类型配体的影响。部分碳酸岩热液流体富含硫酸盐和氟,稀土元素的迁移主要受SO42-控制,重晶石的沉淀导致氟碳酸盐稀土矿物及磷钇矿的沉淀,形成了角砾型矿石。部分贫氟富镁的碳酸岩流体与太华群含磷灰石的黑云斜长片麻岩反应并萃取围岩中的磷、铌、钛等元素形成了以独居石为主的条带状矿石。综上,本论文取得了南秦岭碳酸岩型轻稀土-铌矿床和小秦岭碳酸岩型重稀土矿床的关键金属的赋存状态和分布规律、成矿时代和物质来源、成矿过程等方面的一系列新认识,完善了碳酸岩型稀土-铌多金属矿床成矿模型。具体来说,庙垭碳酸岩起源于早古生代裂谷背景下具有EM1、EM2和HIMU混合特征的地幔部分熔融,形成了轻稀土和铌富集的碳酸岩岩浆,轻稀土主要赋存在方解石和氟磷灰石中,氟碳（钙）铈矿和独居石的形成主要与三叠纪热液交代作用相关。驾鹿碳酸岩由EM1为主、有榴辉岩相变质洋壳参与的地幔部分熔融形成了独特的富重稀土的碳酸岩岩浆,经热液交代形成磷钇矿、氟碳酸盐稀土矿物和独居石。秦岭造山带南北轻重稀土差异化富集是由于不同地幔源区部分熔融形成的碳酸岩岩浆具有不同的轻重稀土富集特征,而后期热液作用均促进了稀土的富集矿化。不同于热液过程对碳酸岩稀土成矿的重要性,庙垭碳酸岩中铌矿化主要发生在以烧绿石为主的岩浆阶段,而三叠纪热液交代过程仅造成早期铌矿物发生铌铁矿化。