祁连造山带是我国中央造山系重要组成部分,也是一个重要的铜铁金钨和稀土成矿带,长期以来被列为我国矿产资源勘查的重要成矿区(带)。北祁连多数金属成矿作用与加里东期岩浆活动有密切的时空和成因联系。在前人工作基础上,本文选择北祁连中段加里东期碱性杂岩及其密切共生的稀土矿床,通过详细的野外调查,仔细的岩相学、矿相学观察,系统的主量、微量元素分析、Sr-Nd-Pb-Hf同位素示踪和LA-ICPMS锆石U-Pb测年,以及流体包裹体研究,来探讨碱性岩成岩和稀土成矿作用,初步建立碰撞后碱性岩型稀土成矿模式。主要成果如下:1. 在前人工作的基础上,首次在北祁连地区发现并确定存在早古生代碱性杂岩体,即干沙河岩体,岩石类型主要为霓辉正长岩、霓辉正长斑岩和碱长斑岩,少量花岗斑岩。正长石、微斜条纹长石、钠长石和单斜辉石(从核部到边部,成份由霓辉石向霓石演化)是主要组成矿物。通过LA-ICPMS 锆石U-Pb测年,获得干沙河岩体霓辉正长岩、霓辉正长斑岩、碱长斑岩和花岗斑岩成岩年龄分别为421.1±1.1 Ma、419.5±4.5 Ma 、409.7±5.8 Ma 和416.1±8 Ma,为早泥盆世早期岩浆活动的产物。2. 干沙河岩体属硅饱和-过硅饱和的钾质-超钾质碱性岩。高CaO、Fe2O3、K2O、Na2O含量,低Al2O3、MgO含量,以及低K2O/Na2O和A/CNK比值;稀土总量高,稀土配分模式右倾,无铕异常;富集轻稀土元素(LREE)和大离子亲石元素(如Pb、Ba、Sr、Th和U),亏损重稀土元素(HREE)和高场强元素(如Zr、Hf、Nb、Ta和Ti等);具有高放射性成因的Pb和富集地幔源区Sr-Nd同位素组成,其中(87Sr/86Sr)i=0.7067 ~ 0.7075,εSr(t)值为37 ~ 49,εNd(t)值为-0.4 ~ 0.6;εHf(t)值介于- 0.15 ~ +2.34之间(平均1.03),锆石Hf 同位素亏损地幔模式年龄为0.9 ~ 1.0 Ga,与全岩Nd同位素亏损地幔模式年龄基本一致(0.9 ~ 1.0 Ga)。综合研究认为,碱性岩浆起源于斜长石不稳定区,很可能是石榴石与金红石稳定区(>60km),属加厚下地壳物质部分熔融产物,形成于碰撞后应力体制由挤压向伸展转换的过渡期,与俯冲板片断离有关。3. 干沙河稀土矿床产于干沙河岩体顶部,受霓辉正长岩和霓辉正长斑岩控制,围岩蚀变强烈,以霓长岩化、碳酸岩化和萤石化为主;矿石类型主要为霓辉正长岩型和霓辉正长斑岩型;矿物组合主要为氟碳钙铈矿+黄铜矿+霓辉石+钠闪石+萤石+方解石。根据矿脉穿插关系、围岩蚀变和矿相学观察,划分出四个成矿期,包括岩浆成矿期(I),岩浆-热液成矿期(II),热液成矿期(III)和表生成矿期(IV)。岩浆-热液成矿期为主成矿期,进一步分为四个成矿阶段:霓石-氟碳钙铈矿阶段(II1)、钠闪石-氟碳钙铈矿阶段(II2)、方解石-氟碳钙铈矿阶段(II3)和萤石-氟碳钙铈矿阶段(II4)。成矿时代为加里东末期。4. 干沙河稀土矿床流体包裹体类型主要有熔体包裹体、流熔包裹体、CO2包裹体、CO2-H2O包裹体和气液H2O包裹体。主成矿期均一温度为200.3℃~ 419.8℃,估算的成矿压力为40 ~140MPa,成矿深度约1.5km ~ 5km。激光拉曼研究显示,流体包裹体中含大量萤石、方解石、重晶石子晶,个别含氟碳钙铈矿子晶。矿石地球化学和Sr-Nd同位素研究表明,矿床成矿物质和成矿流体来源于干沙河岩体,为正长岩浆上侵过程中减压作用,导致含LREE流体从岩浆中出溶而形成熔体流体不混溶体系。5. 综合分析研究,提出了一个可能的碰撞后碱性岩成岩与REE成矿模式。这个模式强调,成矿热液流体系统经历了复杂的演化过程:从正长岩浆系统分离出高温、含氟盐富REE的成矿流体,到流体“沸腾”导致REE-富氟碳酸盐的沉淀,最后降温导致硫化物沉淀。成矿系统发生在加里东晚期祁连造山带从挤压向伸展转变的构造背景下,早泥盆世北祁连碰撞后俯冲板片断离作用机制促使含REE碱性岩浆-热液系统的形成。