世界级的泾川砂岩型铀矿床位于中国鄂尔多斯盆地洛河组下白垩统灰色砂岩层中,其特点是矿体异常厚(3-280米)且空间分布广泛(约2000平方公里),矿石品位相对较高,为4.3-17.4千克/平方米,表明铀储量异常丰富。铀矿化主要赋存于还原的灰色砂岩带中,这些砂岩带表现出钙质、铁质和硅质胶结。相比之下,灰色砂岩中、下部广泛分布的红色层通常不含铀。盆地砂岩中的铀矿化广泛归因于氧化还原过程;然而,其确切机制和详细过程尚不明确。碳酸盐在整个铀矿化过程中持续存在,有效地记录了成矿流体、矿化过程和沉淀条件的特性。本研究将详细的岩相学观察与原位地球化学分析(激光剥蚀电感耦合等离子体质谱法,LA-ICP-MS)相结合,以约束这一特殊铀矿床的成因。已识别出三种不同类型的碳酸盐:(1)高度圆形的白云石和方解石碎屑(成矿前阶段;碎屑颗粒;类型1);(2)贝壳状、自形微晶或胶结的含铁白云石(成矿阶段;在空间和成因上与铀矿化相关;类型2);以及(3)孔隙填充的晶质方解石(成矿后阶段;在表生流体渗透过程中形成;类型3)。对成矿阶段碳酸盐(类型2)的LA-ICP-MS分析显示,铀含量升高且富铀矿物包裹体普遍存在,证实了它们与铀矿化的直接关联。此外,类型2碳酸盐中稀土元素(REE)总量和磷(P)浓度的升高表明,氧化盆地流体和还原含烃流体混合。类型1和类型2碳酸盐具有相似的球粒陨石标准化REE模式和Th/U比值,表明后者继承了前者的地球化学特征。地球化学特征的相似性表明,类型1碳酸盐碎屑可能作为成矿流体中铀和其他金属的来源。相比之下,类型3表现出不同的地球化学特征,表明其形成过程中流体来源不同且地球化学条件发生了变化。综合地球化学(Y/Ho比值、δCe值和其他微量元素数据)和矿物学证据表明,铀矿化可能起源于盆地内含铀的层状碳酸盐碎屑。我们提出,氧化盆地流体与这些碳酸盐碎屑之间的长期相互作用导致成矿流体中铀、铁、镁、钙和其他元素的逐渐富集。随后,这些氧化、富铀流体与还原、含烃流体混合,沿深大断裂向上迁移,引发氧化还原反应,导致含铁白云石广泛沉淀和泾川铀矿床的形成。成矿后阶段以贫铀方解石的沉积为特征,反映了成矿热液活动的减弱和大气水向系统的注入。