栾川县水磨沟稀土矿床位于华北克拉通南缘,为一新发现以轻稀土为主的高品位稀土矿。稀土矿体呈不规则脉状展布于古元古代末期龙王?碱性花岗岩体中的北西-北西西向构造带内,赋矿围岩为富含稀土的中粗粒钠铁闪石正长花岗岩。本文对其开展了显微矿物学、稀土元素地球化学和氟碳铈矿U-Th-Pb年代学研究,并探讨其成矿作用过程。矿物学研究显示,稀土矿石矿物主要为氟碳铈矿、氟碳钙铈矿、褐帘石和铈硅磷灰石,发育明显的交代结构,指示后期热液活动对稀土元素的富集成矿起着重要的作用。稀土元素地球化学特征显示矿石强烈富集轻稀土,轻重稀土分馏较强,稀土配分曲线呈具中等Eu负异常的右倾斜模式,与围岩龙王?碱性花岗岩稀土元素地球化学特征总体较为相似,指示其与龙王?碱性花岗岩体的亲缘性。LA-ICPMS 氟碳铈矿U-Th-Pb测年获得主体Th-Pb加权平均年龄为(381.4±6.5)Ma,表明其主要形成时代属晚泥盆世早期。稀土成矿作用过程为:古元古代末期,区域龙王?碱型花岗质岩浆在高度结晶分异过程中REE进行了初步富集;泥盆纪时,受构造挤压作用碱性花岗岩体中REE元素发生活化,并沿构造破碎带迁移富集沉淀成矿,为水磨沟稀土矿的主成矿期;中生代时,碱性花岗岩体及稀土矿体局部发生构造热事件,部分REE元素再次活化迁移,沿原来矿体位置局部发生了改造富集。