沽源铀矿田位于开源-赤峰断裂带以南的华北古板块北缘,燕辽Mo-U-Ag-Pb-Zn多金属成矿带西段和沽源-红山子铀成矿带西南段,铀矿赋存在粗面岩-流纹岩组合中。2个粗面岩样品(样号分别为GY101和GY108)的锆石均具有明显的环带结构,Th/U比值高,属典型的岩浆成因锆石。SHRIMP锆石U-Pb测年结果表明:GY101粗面岩13个分析点的206Pb/238U年龄范围为142136 Ma,加权平均值为(138.4±1.3)Ma,MSWD=0.47;GY108粗面岩12个分析点的206Pb/238U年龄范围为143137 Ma,加权平均值为(139.5±1.3)Ma,MSWD=0.49,指示地质时代属早白垩世早期。粗面岩具有较高的SiO2、K2O+Na2O含量和K2O/Na2O、Fe2O3/FeO比值,在SiO2-(K2O+Na2O)图解中落在碱性系列粗面岩或粗面英安岩范围,在SiO2-K2O图解中落在橄榄玄粗岩系列范围,结合标准矿物Q含量小于20%,属典型的高钾碱性粗面岩。稀土元素含量高,富集轻稀土,Eu负异常不明显,稀土分布模式为右倾轻稀土富集型,具高压型粗面岩的稀土元素特征;富集大离子亲石元素K、Rb、Ba、Pb和高场强元素Zr、Y,亏损Nb、Ta、Sr、Ti元素,具高Sr-Ba英安岩-流纹岩的微量元素特征。较低的Ti/Zr、Nb/Ta比值和较高的Rb/Sr比值,具有壳源火山岩的特征;具有较高的(87Sr/86Sr)i(0.7077810.708156)、εNd(t)(–5.31–5.83)和δ18OVSMOW(7.08‰8.05‰),较小的tDM2(13611376 Ma),较低的(206Pb/204Pb)i(16.9717.00)、(207Pb/204Pb)i(15.0615.62)和(208Pb/204Pb)i(36.7336.80),在εNd(t)-(87Sr/86Sr)i图解中落在EMⅠ富集地幔与亏损地幔的联线附近,在(208Pb/204Pb)t-(206Pb/204Pb)t图解中落在靠近EMⅠ富集地幔的下地壳和地幔之间,在(87Sr/86Sr)i-(206Pb/204Pb)t和(143Nd/144Nd)i-(206Pb/204Pb)t图解中均落在EMⅠ富集地幔端元附近,在Zr/Al2O3-TiO2/Al2O3和Y-Zr判别图解中都落在板内构造环境内。可见,沽源铀矿田粗面岩的成因可用两阶段模式进行解释:中元古代源于EMⅠ富集地幔和亏损地幔的岩浆混合并在底侵于下地壳的过程中受到少量古老下地壳物质混染后形成年轻下地壳;中侏罗世晚期-晚侏罗世发生的挤压构造事件导致地壳加厚,早白垩世早期在拉张构造环境下加厚地壳的年轻下地壳发生部分熔融形成的粗面质岩浆喷出地表形成粗面岩。