锂和稀土元素是我国重要的工业原料和战略性矿产资源，沉积型锂矿床成为国内外研究的热点，具有成为新型锂矿床的潜力。以广西上林县上二叠统合山组底部炭质泥岩为主要研究对象，通过反光显微镜、带能谱扫描电镜、X射线衍射、X射线荧光光谱、电感耦合等离子质谱等测试方法，分析了炭质泥岩的矿物学及元素地球化学特征，研究了炭质泥岩中锂和稀土的赋存状态和物质来源，讨论了炭质泥岩中锂和稀土元素富集的影响因素。结果表明，上林上二叠统合山组底部炭质泥岩中重稀土（重稀土氧化物质量分数为0.024%）接近了我国离子吸附型重稀土的边界品位，部分样品中锂（Li的质量分数大于1 000μg/g）达到了国外黏土型锂矿边界品位，找矿潜力巨大；高锂的炭质泥岩中高岭石是锂的主要载体矿物，低锂的炭质泥岩中锂可能主要赋存在伊蒙混层中，稀土元素可能以离子吸附形式存在于黏土矿物（尤其是高岭石）中；炭质泥岩的沉积物主要来源于哀牢山—松马缝合带的二叠纪酸性岩浆岩，部分来自于峨眉山大火成岩省酸性岩浆岩，其中酸性岩浆岩中的云母是锂的主要来源，副矿物（独居石、磷灰石等）是稀土的主要来源；物源区强烈化学风化，是炭质泥岩中锂和稀土富集的主要因素，还原的浅水碳酸盐台地沉积环境是合山组底部炭质泥岩中锂和稀土元素的富集成矿的重要因素。