塔里木盆地是一个经历多期构造旋回的大型叠合沉积盆地,油、气、煤和铀等能源矿产同盆共存,纵向叠置,成因关系密切。近年来勘探开发揭示深部奥陶系地层中常见铀元素富集现象,但其分布规律尚缺乏系统研究,成因机制仍存在争议。本研究综合利用测井、地震、岩心资料识别和标定富铀层系特征,通过典型露头及井点岩心的岩矿鉴定与XRF微区扫描查明富铀岩相,基于钻井统计分析揭示其赋存位置及空间展布规律。结果表明:塔河地区奥陶系放射性异常主控因素为铀元素富集,富铀段集中发育于上奥陶统恰尔巴克组底部,具强层控性、区域稳定性及相控分异的特征;综合岩石学、地球化学分析结果揭示富铀岩相主要为凝缩段泥灰岩,伴生黄铁矿、磷酸盐和海绿石等特征指示矿物。综合考虑铀元素迁移沉淀机理、奥陶系地层沉积演化规律及烃类次生吸附,提出“沉积-成岩-构造”三阶段协同控铀模式,快速海侵形成的缺氧静水环境与上升洋流驱动有机质吸附是铀元素富集基础,早期成岩阶段产生的酸性还原环境促使铀沉淀,断裂系统疏导及烃类流体还原吸附进一步促进局部铀元素富集。该层系可作为中-上奥陶统层序界面识别的标志层,辅助判别古海洋氧化-还原状态及烃类流体运聚路径。