窟窿山复式岩体位于赤峰-开原断裂以南、尚义-平泉断裂带以北的华北克拉通北缘隆起带和沽源-红山子铀成矿带的西南段,由中粗粒碱长花岗岩和中细粒碱长花岗岩组成,出露面积约120 km²。基于野外地质调查研究,通过对冀北窟窿山花岗岩SHRIMP锆石U-Pb测年、岩相学、元素地球化学及Sr-Nd-Pb-O同位素地球化学研究,确定了岩体的形成时代、地球化学特征、分析了其成因类型、物质来源、构造背景及与铀成矿的关系。有助于铀矿勘查工作的深入,同时对华北克拉通北缘构造演化具有重要意义。SHRIMP锆石U-Pb年龄表明,复式岩体由外侧的中粗粒碱长花岗岩和内侧的中细粒碱长花岗岩组成,两者呈侵入接触,锆石²⁰⁶Pb/²³⁸U年龄分别为129.4±1.5 Ma（MSWD=1.2）和134.0±1.7 Ma（MSWD=1.8）,形成于早白垩世晚期和早白垩世早期。窟窿山花岗岩具有高硅（SiO₂=76.6%⁷7.8%,均值为77.2%）、富钾（K₂O=4.24%⁴.65%,均值为4.41%）、钠（Na₂O=3.57%⁴.14%,均值为3.99%）,高FeO^T/MgO比值（10.3²7.6,均值为19.8）,贫铝（Al₂O₃=11.5%¹2.1%,均值为11.8%）、镁（MgO=0.05%⁰.11%,均值为0.08%）、钙（CaO=0.25%¹.01%,均值为0.38%）、磷（P₂O₅=0.006%⁰.016%,均值为0.008%）的特征。较高的分异指数（DI=95.4⁹6.6,均值为95.9）和较低的镁值（Mg^#=7.17¹5.7,均值为10.1）说明岩浆的分异演化程度较高。A/CNK=0.95¹.06,σ=1.86².05,K₂O/Na₂O=1.03¹.30,属于准铝质-弱过铝质高钾钙碱性系列岩石。在SiO₂ vs（Na₂O+K₂O）-CaO和SiO₂ vs FeO^T/（FeO^T+MgO）图解中均落入A型花岗岩区,在主量元素Harker图解中SiO₂与Al₂O₃、FeO^T、MgO、TiO₂呈负相关。稀土元素总量为222³02×10^-6(均值为261×10^-6),轻稀土总量为167²30×10^-6(均值为197×10^-6),重稀土总量为44.2⁷3.2×10^-6(均值为64.3×10^-6),轻稀土与重稀土总量比值为2.53⁴.03（均值为3.10）,属轻稀土富集型。（La/Yb）_N=1.61³.04（均值为2.16）,轻重稀土分馏不明显,（La/Sm）_N=1.95².62（均值为2.29）,（Gd/Yb）_N=0.62⁰.88（均值为0.70）,轻稀土相较于重稀土具有一定的分馏。δCe=1.00¹.02（均值为1.01）,异常不明显,δEu=0.02,铕负异常显著,表明斜长石经历了分离结晶或者在部分熔融的过程中残留在源区。在球粒陨石标准化稀土配分曲线图中呈燕式分布,显示A型花岗岩的特征。富集Rb、Th、U、Nb、Ta、Zr、Hf、Y等元素,亏损Sr、Ba、P、Ti等元素,Zr+Nb+Ce+Y=402⁷13×10^-6(>350×10^-6),10000Ga/Al=4.63⁵.66（>2.6）,显示A型花岗岩微量元素的特征,Rb/Sr、Ti/Y和Ti/Zr的比值分别为28.9¹54（均值为100）、3.25⁵.03（均值为3.96）、1.26⁵.21（均值为2.61）,均位于壳源岩浆范围内。具有异常的Sr初始比值((⁸⁷Sr/⁸⁶Sr)_i=0.750562⁰.839814),较低的Nd初始比值（εNd（t）=-14.3^-13.2）和相对较年轻的Nd模式年龄(T_DM2=2084¹996 Ma)及较低的Pb同位素((²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb)_t=16.797¹7.010、(²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb)_t=15.406¹5.434、(²⁰⁸Pb/²⁰⁴Pb)_t=37.477³7.540);在铅同位素模式图解²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb-²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb中落于北回归线之上的下地壳区域,同时落在EM I富集地幔区域,在²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb-²⁰⁸Pb/²⁰⁴Pb图解中落于下地壳演化线和地幔演化线之间,且更靠近下地壳演化线,同时位于EM I富集地幔区域边缘。以上特征显示窟窿山花岗岩的岩浆来源与下地壳密切相关,且有富集地幔组分参与了花岗岩的形成。中粗粒碱长花岗岩和中细粒碱长花岗岩的δ¹⁸O_V-SMOW分别为5.3‰⁶.2‰和0.1‰³.1‰,后者低于正常花岗岩的δ¹⁸O_V-SMOW值（6‰¹0‰）和正常地幔的δ¹⁸O_V-SMOW值（5.7‰±0.3‰）,可能与再循环洋壳物质的加入有关。在主量元素MgO-FeO^T、SiO₂-Fe O^T/（FeO^T+MgO）、CaO-FeO^T+MgO和SiO₂-Al₂O₃构造环境判别图解中,窟窿山花岗岩落入POG（后造山花岗岩类）区或边缘,在R1-R2和SiO₂-lg[CaO/（Na₂O+K₂O）]图解中表现为后造山拉张环境的特征,在Y-Nb、Yb-Ta、Y+Nb-Rb、Yb+Ta-Rb微量元素构造环境判别图解中均落入WPG（板内花岗岩）范围。可见,窟窿山花岗岩属于板内后造山花岗岩,形成于板内伸展拉张构造背景。综合分析区域上同时代A型花岗岩的构造背景,表明窟窿山花岗岩是华北克拉通北缘早白垩世与岩石圈减薄相关的伸展构造体制下的产物,这种构造体制可能与太平洋板块的俯冲作用有关。窟窿山复式岩体及其周边地区的铀多金属矿化异常受NE向断裂构造控制,291号矿化带规模大、有用组分多,地表矿体在浅部尖灭,但蚀变带向深部延伸明显,并有明显变厚的趋势,连续性较好,是寻找铀钍多金属矿产的有利地段。