龙首山地区位于华北克拉通西南缘,阿拉善地块南缘,是我国重要的铜镍等多金属矿床成矿带,前人对研究区开展了一系列的基础地质研究及找矿工作,但对于区内基性岩脉系统性研究不够。本文选取龙首山基性岩脉作为研究对象,通过野外地质调查、岩相学、元素地球化学、Sr-Nd-Pb同位素及Ar-Ar定年等研究方法,系统研究基性岩脉岩相学、地球化学及年代学等特征,在此基础上探讨其源区性质、岩浆演化、构造环境及与金属矿床之间的关系。研究发现,龙首山地区基性岩以脉状的形式产出,分布于龙首山东、中、西三个地段。岩石主要矿物为斜长石、角闪石、辉石和黑云母,斑晶主要为角闪石和辉石组成,基质主要为斜长石,可见少量黑云母,副矿物有磁铁矿、磷灰石及锆石等。基性岩均具有演化玄武岩的特征,ALK(K₂O+Na₂O)=3.26%⁸.43%含量均较高,从东往西Na₂O含量递减、K₂O含量递增。岩石中U含量明显高于大陆地壳平均值以及大陆岩石圈值,且从东往西呈逐渐增长的趋势,相对富集Rb、Pb、Ba、Ce等大离子亲石元素,相对亏损Ta、Th、Nb、Yb、Zr等高场强元素。岩石稀土总量(∑REE)高于原始地幔值,轻、重稀土均分馏较明显,富集轻稀土元素,δEu值显示弱异常。岩石具有高Sr低Nd,放射性成因Pb较高的特征。龙首山东段基性岩成岩年龄为400.6Ma⁴23.5Ma,中段基性岩成岩年龄为362Ma⁴85.6Ma,西段基性岩成岩年龄为237.2±2.6Ma。研究认为,龙首山地区基性岩形成的构造环境为板内拉张环境,岩浆来源于EMI型富集地幔和EMII型富集地幔混合的源区,岩浆演化过程经历了结晶分异和同化混染作用,岩浆上升侵位过程中遭受了地壳物质的混染。基性岩和铀成矿可能没有直接成因关系,但为铀的富集成矿可能有起到活化和改造作用。