微山稀土矿床位于华北克拉通郯庐断裂西侧,为中国第三大碳酸岩型稀土矿床。微山稀土矿床碳酸岩脉具有明显的分带性,共识别出4类不同岩性的碳酸岩脉,并划分了4个岩性带。基于详细的岩相学研究,在含矿碳酸岩脉中识别出4个世代方解石、4个世代氟碳铈矿和3个世代萤石。单矿物原位微区分析结果显示,第一世代方解石(Cal-1)和磷灰石为岩浆成因,而第三世代方解石(Cal-3)为热液成因。矿物地球化学数据显示,萤石可分为岩浆成因(Tb/La值为0.005~0.043)及热液成因(Tb/La值为0.17~0.28)两类。磷灰石富F(含量(质量分数,下同)为3.86%~5.82%)、贫Cl(<0.03%)的地球化学特征表明其为碳酸盐-硅酸盐系列岩浆结晶作用的产物。磷灰石具有较高的Sr/Y、Th/U值,和极高的Sr含量((8 615~19 985)×10~(-6))、Ba含量((47~107)×10~(-6)),表明微山稀土矿床岩浆源区可能为富集岩石圈地幔,并受到了富稀土元素流体的改造。萤石地球化学特征指示该稀土矿床中的成矿热液源自碳酸岩熔体,且随着成矿流体的演化,成矿环境由还原环境逐步过渡为氧化环境。成矿流体富含F~-、SO_4~(2-),表明F~-、SO_4~(2-)是稀土元素高效迁移的主要载体。