塔里木盆地作为中国西北部重要的能源盆地,其寒武系存在明显的放射性异常现象,该异常特征与铀矿资源赋存、烃源岩演化及稀贵气体都具有重要关联。本论文以寒武系放射性异常为对象,综合利用盆地内大量的钻测井资料与地球化学数据,系统分析了放射性异常特征与成因机理,并探讨了放射性异常的地质意义,为盆地深部资源勘探及综合利用提供了科学依据。 本论文基于自然伽马测井与自然伽马能谱测井数据,通过统计塔里木盆地不同岩性的自然伽马值,确定自然伽马值大于200API作为放射性异常的识别阈值。在此基础上,编写了智能识别程序,查明了盆地寒武系放射性异常的分布特征。纵向上异常层段主要集中在玉尔吐斯组及同期的西山布拉克组;平面上放射性异常主要分布在塔西北、塔北隆起及塔东等地区。通过对放射性元素U、Th、K与测井自然伽马值相关性分析,发现放射性异常主要是由铀元素引起的。结合玉尔吐斯组12组剖面(钻孔)的主微量及稀土元素等地球化学数据,进一步分析了放射性异常的形成环境。塔西北放射性异常区样品稀土元素表现出Eu正异常,且在Al-Fe-Mn三元图及Al/(Al+Fe+Mn)-Fe/Ti交会图中,数据点集中落在热液沉积区,指示其受到热液作用的明显影响;相比之下,寒武纪处于深水环境的塔北及塔东异常区,放射性异常层段样品地球化学上热液作用特征不显著,但处于强还原环境,且总有机碳与铀含量呈显著正相关,指示强还原条件下有机质的吸附作用促进了铀富集。基于上述特征,本文提出塔里木盆地寒武系放射性异常具有两种形成模式:塔西北地区海底热液活动模式和塔北及塔东地区深水强还原环境模式。值得关注的是,部分地区的玉尔吐斯组放射性异常达到铀矿化标准,指示其本身为泥页岩型铀矿,具有作为后备资源的潜力;与此同时,近期盆地中央隆起带库车组砂岩型铀矿勘探取得突破,从铀源角度分析,盆地中央砂岩型铀矿所处位置远离蚀源区,与典型的氧化还原带砂岩型铀矿特征不符,表明其铀源可能来自盆地内部深部富铀的寒武系,同时也表明该区域渗出砂岩型铀矿的勘探潜力巨大。此外,玉尔吐斯组作为盆地重要的烃源岩层系,其放射性异常的高值区与烃源岩的分布范围密切相关,铀元素可能通过氧化催化与辐射生热效应促进生烃,对于深层超深层油气生烃规律具有重要意义。另外,盆地寒武系放射性异常发育时间早,铀元素在地质历史时期衰变生氦气,辐射水分解生氢气,这使得其具备稀贵气体勘探潜力,但同时盆地经过多期次构造改造,保存条件值得关注。总体而言,本论文对盆地寒武系放射性异常地质特征进行刻画并探讨其成因机制,为沉积型铀矿、深层超深层油气以及稀贵气体的勘探开发提供了科学依据。