碳酸岩型稀土(REE)矿床是世界上重要的稀土矿床类型,该类型矿床的主要成矿围岩为正长岩和碳酸岩,而其他围岩对成矿的影响还有待研究。冕宁-德昌稀土矿带位于四川省西南部,主要包括牦牛坪、大陆槽、木落寨和里庄稀土矿床。木落寨矿床位于该矿带北段,环境恶劣,采用硐采方式开采,因此前人对其研究较少,矿床的矿石特征、围岩与成矿的关系等尚不清楚。在两年野外地质调查的基础上,本次对矿区的碉楼山和郑家梁子矿段分别进行了较为详细的研究。碉楼山矿段由单个张性断裂控矿,矿体主要产在正长岩裂隙中,少部分产在正长岩和大理岩、绿片岩、变辉绿岩的接触面中。矿石类型为块状,矿物共生组合为:氟碳铈矿+萤石+石英+石膏+重晶石+方解石+黄铁矿+方铅矿等。郑家梁子矿段由4⁶个压扭性和张扭性断裂控矿,矿体主要产在大理岩裂隙中,少部分在大理岩和变辉绿岩的接触面中,矿石类型为浸染状,矿石破碎严重。X光粉晶衍射分析显示矿脉中样品主要由重晶石(4⁵6%)和方解石(32⁸9%)等矿物组成,总稀土含量达2221⁹774 ppm。矿物共生组合为氟碳铈矿+萤石+石英+重晶石+方解石+黄铁矿+金云母。2个矿段中矿石手标本、镜下和BSE图均显示氟碳铈矿叠加在萤石、方解石等脉石矿物之上,矿床主要形成于热液阶段晚期。围岩矿化均不明显,蚀变较少,显示木落寨成矿以充填作用为主,交代作用为次。LA-ICP-MS锆石U-Pb定年测试结果显示,矿区碱性花岗岩、二长花岗岩、花岗斑岩、正长岩年龄分别为25.92±0.45 Ma、26.98±0.64 Ma、26.22±0.37 Ma、25.8±0.18 Ma,大理岩和绿片岩年龄均在230 Ma以上。三种花岗岩和正长岩年龄与代表成矿时代的金云母Ar-Ar年龄(26.64±0.62 Ma)基本一致,而大理岩和绿片岩年龄比它至少早200 Ma。全岩分析结果显示,三种花岗岩、正长岩、大理岩、绿片岩稀土含量分别为277³78 ppm、592⁷389 ppm、4²1 ppm、86⁹7 ppm。与成矿带的正长岩-碳酸岩杂岩体中稀土含量(630⁴0807 ppm)相比,正长岩与之相近,而其他围岩含量过低,因此正长岩与成矿更为密切。碳氧同位素显示,外围大理岩为海相碳酸盐岩变质形成,矿脉旁大理岩受到了后期岩浆活动的影响,大理岩围岩在岩浆或热液作用下,可能为成矿提供碳酸根离子。Hf-O同位素显示,四个主要矿床中的正长岩具有相似的地幔源区,且经受了壳源物质不同程度的混染。包裹体特征和硫同位素表明木落寨稀土矿床成矿流体来自于碳酸岩-正长岩岩浆,不混溶作用为成矿提供CO₂,大气降水导致混合成矿流体温度压力降低,致使稀土络合物的分解沉淀是成矿的主要机制。木落寨成矿特征与冕宁-德昌稀土矿带中其它矿床的情况基本类似。