内蒙古集宁玄武岩区位于华北克拉通北缘，东邻汉诺坝玄武岩区，由亚碱性的拉斑玄武岩及碱性橄榄玄武岩、碧玄岩和碱玄岩组成。玄武岩的SiO2与TiO2含量分别为44.10～53.07wt.﹪和1.57～2.95wt.﹪，Mg＃(43～63)及Ni含量(14～210ppm)变化范围较大。集宁玄武岩的微量元素原始地幔标准化曲线及REE球粒陨石标准化曲线与OIB相似，Sr、Nd同位素比值显示了较汉诺坝玄武岩富集的特征。研究表明，虽然集宁玄武岩在岩浆上升过程中经历了一定程度的橄榄石、单斜辉石的分离结晶作用，但微量元素及Sr、Nd、Pb同位素特征排除了幔源岩浆在喷发至地表过程中受到地壳物质显著混染的可能性。 集宁玄武岩的143Nd/144Nd、87Sr/86Srvs.206Pb/204Pb的线性相关性表明，玄武岩至少来自两个地幔端元组分：EMI和PREMA，且端元组分与汉诺坝玄武岩相似。尖晶石二辉橄榄岩的低程度部分熔融熔体(2～5﹪)与石榴石二辉橄榄岩更低程度部分熔融熔体(＜2﹪)的混合，可以解释集宁玄武岩稀土元素的变化特征。推测EMI位于岩石圈地幔之内且源区深度＜70km，PREMA则来自软流圈地幔。集宁碱性玄武岩与亚碱性玄武岩之间的地球化学差异，可能只是来自岩石圈地幔的EMI型熔体和来自软流圈地幔的PREMA型熔体在形成玄武岩浆时参与混合的比例不同，暗示该地区的岩石圈地幔与软流圈地幔之间曾经历了强烈的相互作用。集宁玄武岩与汉诺坝玄武岩相似的Sr、Nd、Pb同位素比值及相关性，说明它们具有相似的地幔源区，汉诺坝玄武岩的地球化学差异同样可以用EMI与PREMA组分对岩浆贡献程度的不同来解释。 在垂向上，对内蒙古集宁地区四个剖面的玄武岩进行了系统的K-Ar年代学及岩石地球化学研究。K-Ar定年结果显示，集宁玄武岩的主要喷发期在晚渐新世至中新世，可分为三个喷发旋迴：～33Ma、22.8～22.1Ma和12.2～9.4Ma，且集宁玄武岩的三个喷发旋迴表现出了一个共同的特点，即在每一旋迴底部，先出现的均为拉斑玄武岩，向上变为碱性玄武岩。从第一至第三旋迴，碱性玄武岩Yb含量逐渐增加，La/Yb比值逐渐减小，暗示集宁地区在这一时期曾发生过岩石圈减薄。由于集宁碱性玄武岩的地球化学特征从早期至晚期逐渐接近拉斑玄武岩，且两者的Nd、Sr同位素特征相似，因此，岩石圈减薄可能是软流圈热物质上涌，对岩石圈产生底蚀作用的结果。拉斑玄武岩的存在可能代表了岩石圈减薄在地表的显示，是被底蚀的岩石圈与少量上涌软流圈的熔融物质混合的产物。通过对比集宁、汉诺坝、赤峰、阿巴嘎、大同等地新生代玄武岩的K-Ar年龄和岩性分布特征，推测这一区域的岩石圈减薄在时间、空间及减薄强度上均存在不均一性。