十红滩铀矿床是我国现已查明的由层间渗入成矿作用所形成的大型层间氧化带砂岩型铀矿床之一。 该矿床形成于构造活动较活跃的吐哈盆地中相对稳定的西南缘艾丁湖斜坡带。该矿床的成矿围岩为中侏罗统西山窑组碎屑岩，其常量、微量元素含量的各种判别函数图解表明其沉积环境为被动大陆边缘-活动大陆边缘的前陆盆地。其微量元素组合、稀土元素配分型式以及常量组分的物源判别函数图解等，表明成矿围岩的物源为盆地南缘觉罗塔格山的花岗岩、火山岩和变质岩。该矿床具有蚀源区岩石中铀和成矿围岩中预富集的铀等两个主要铀源。 喜山运动使盆地周缘山系隆升，盆地边缘被抬升和掀斜。侏罗系碎屑岩系在觉罗塔格山前与石炭纪火山岩呈不整合接触，并遭受剥蚀出露地表，形成了地层缓倾斜(倾角5～10°)、具有“泥-砂-泥”结构、具有含氧水补给窗口和远端排泄源的承压自流水系统，并发育为层间氧化带。 矿石的矿物组合较简单。矿石矿物主要为沥青铀矿，另有少量的铀石、含铀钛、铁氧化物等。沥青铀矿主要以分散的超显微状态存在于碎屑岩的填隙物和胶结物中，在富矿石中可以见到大量呈胶状、团块状富集的沥青铀矿，呈碎屑的胶结物、碎屑、矿物裂隙和植物细胞腔的充填物等形式存在。此外，以吸附形式存在的铀酰络合物也是矿石中铀的主要存在形式。脉石矿物除了碎屑岩的主要矿物外，还有后生蚀变作用主要生成的粘土矿物、FeS2矿物(黄铁矿、白铁矿)、方解石、石英等。矿石的U(Ⅳ)/U(Ⅵ)值为0.82～1.81，平均值为1.34，均具有较大的变化范围，证实了矿化作用的不均匀性。矿石的浸取实验结果表明，矿石具有较高的活性铀含量和可溶性铀含量。根据矿石的低品位、低U(Ⅳ)/U(Ⅵ)比值和铀存在形式，推定铀的吸附和还原作用是十红滩铀矿床的主要成矿作用机制。 矿床砂岩中粘土矿物的δD值为-71‰～-83‰，δ18O值为8.6‰～12.5‰，与新疆大气降水和矿区地下水的δD和δ18O相比，数值变化范围较小，且其δ18O值与花岗岩、中酸性火山岩等富长石的岩石的δ18O值(7‰～13‰)极为相近，表明粘土矿物较多继承了长石的O同位素组成。应用δD-δ18O图解推定粘土化作用的温度在35℃～100℃之间。粘土矿物的REE配分型式、δEu值以及LREE/HE比值等参数表明，层间氧化带各亚带砂岩中粘土化蚀变的类型和程度存在差异：过渡带中粘土化蚀变以伊利石化、高岭石化、蒙脱石化为主，过渡带具有较强的还原环境。过渡带中粘土矿物较低的REE含量、较高的δEu值和LREE/HREE比值这是铀矿化作用的标志之一。黄铁矿的δ34S值为-39.24‰～27.21‰，均值为-3.748‰，极差为66.45‰。表明S具有以沉积地层来源为主，并有煤层气和深部油气等多来源的特点，甚至可能有沿断裂上升的海相硫酸盐中的硫。成矿围岩中碳酸盐化与铀的活化转移和预富集有着紧密的联系，依据是：(1)水中铀主要以UO2(CO3)34-和UO2(CO3)22-的形式存在，需要大量的CO32-，以满足形成铀酰络合离子的需要；(2)维持UO2(CO3)34-和UO2(CO3)22-的络合平衡所需要的弱碱性、氧化地球化学环境与碳酸盐化所需地球化学环境一致；(3)UO2(CO3)34-和UO2(CO3)22-的络合平衡破坏，铀被吸附或还原沉淀，卸载的CO32-离子，以CaCO3的形式沉淀固定下来。应用方解石的氧同位素组成计算的碳酸盐化表观水/岩比值(W/R)o为0.428～0.853，其中基底凝灰质砂岩中的方解石、菱铁矿、钙质胶结砂岩中方解石、煤中方解石、钙质胶结砂岩矿石中的方解石等的平均(W/R)o值分别为0.853，0.637，0.502，0.491和0.435。这5种产状的(W/R)o值依次减小，表明按以上产状顺序和从前侏罗纪开始的时间顺序，碳酸盐化强度逐渐减弱。矿石中的(W/R)o值较低，可能是因为酸性的地球化学环境不利于碳酸盐化，而且破坏了早期的碳酸盐化产物，使得矿石变得疏松，更利于铀的富集。 成矿围岩中的方解石和石英中发育流体包裹体。流体包裹体的均一温度为97℃～142℃，成分主要为气相CO，H2S，H2，CH4，CO2，N2以及重烃类等，CO的相对含量在氧化带砂岩流体包裹体中超过50％，在原生带砂岩流体包裹体中超过30％，而在铀矿化带砂岩流体包裹体中甚少、CH4以及其它烃类物质的含量较高，表明CO可能是铀的主要还原剂。根据流体包裹体中重烃的存在，以及FeS2的S同位素组成特点等，证实了存在深源还原剂参与铀矿化作用的事实，但其对铀矿化作用的贡献和还原机制还有待研究。 十红滩铀矿床的地下水和岩石、矿石的铀系核素不平衡特征等，表明该矿床至今仍然在部分地遭受改造和接受新的铀矿化，因此矿床地下水是一种现代成矿流体。现代成矿流体的δ18O值为-9.3‰～-2.9‰，平均值为-7.8‰，δD值为-85.5‰～-20.9‰，平均值为-47‰，δ11B值为1.5‰～39.1‰，平均值为16.5‰，87Sr/86Sr值为0.7059‰～0.7098‰，平均值为0.7083‰。现代成矿流体的H，O同位素组成特征表明其主要来自大气降水，另有少量火山岩、花岗岩的裂隙水，以及地层水，甚至可能有基底圈闭的古海水的混入。相对于大气降水而言，现代成矿流体的δ18O值变化范围较小，表明现代成矿流体与围岩发生了强烈的水-岩反应和同位素的交换。现代成矿流体的O，B，Sr等同位素组成还表明，流体在流经成矿围岩的过程中，发生了较强烈的水-岩反应，水-岩反应的程度以过渡带最强烈，现代成矿流体的稀土元素配分型式表现出HREE分馏增强的趋势，即是复杂、强烈水-岩反应的重要标志。补给水具有较高的氧化还原电位和较低的TDS，表明其具有较强的活化、汲取围岩中元素的能力。现代成矿流体与补给水相比：Eh值降低了463mv，溶解氧降低了5.5ml/L，TDS增加了8.58g/L；U含量变化复杂，在39号勘探剖面的矿层中，现代成矿流体的U含量降低1个数量级，是因为该处正在发生铀矿化，铀正大量沉淀；而在13号勘探剖面的矿层中，现代成矿流体的U含量增加了2～3个数量级，主要是因为该处的矿化作用基本停止，铀大量停滞在流体中。大气降水和火山岩、花岗岩裂隙水作为层间氧化带的主要补给水源，在进入层间氧化带前，已经活化了火山岩和花岗岩中的铀，并携带这些活性铀，和潜水氧化带中的铀一起进入到层间氧化带中，继续活化汲取围岩中的元素，形成了成矿流体。现代成矿流体中铀主要以UO2(CO3)34-，UO2(CO3)22-，U(OH)4(aq)，UO2(OH)2(aq)等4种存在形式存在(占流体中铀含量的91.8％)。铀的以上存在形式均为在弱减性条件下稳定的铀酰络合离子或铀络合物离子(分子)。表明铀酰络合离子是U进入流体的主要方式，络合作用是形成成矿流体的重要机制。 矿石(铀含量＞50×10-6)的铀系核素放射性比活度与铀含量之间存在良好的正相关关系，表明铀系核素的放射性比活度增高主要由铀矿化造成。在层间氧化带各亚带中，氧化带砂岩的放射性活度比A(234U)/A(238U)一般小于1，个别大于1，表明氧化带中铀以活化迁出为主，同时也存在少量铀的迁入和沉淀；过渡带砂岩的放射性活度比A(234U)/A(238U)一般大于1，个别小于1，表明过渡带以铀沉淀富集为主，但也存在少量铀的迁出；原生带砂岩的放射性活度比A(234U)/A(238U)一般大于1，但大多小于1.1，表现出相对平衡和较弱的铀沉淀特征。根据矿石铀系核素放射性比活度和活度比计算的不平衡铀系年龄为7.28ka～1373ka，其按大小可以分为相对独立的3组，可能显示了铀矿化作用的脉动性特征，即1373ka以来，可能经历了3个较小的彼此有间隔的成矿阶段。每组年龄段中，铀含量与成矿年龄呈现一定的正相关关系，表明矿化作用的时间越长，沉淀富集的铀总量越大。成矿年龄与铀系核素放射性活度比A(234U)/A(238U)呈对数负相关，成矿年龄增大，矿石趋于铀系核素的放射性平衡状态，指示了最近的铀矿化作用是在铀系核素的放射性不平衡状态下进行的。应用铀系核素的放射性不平衡原理，评价了近1.7Ma来，铀的沉淀与活化迁出特征，并大致计算了矿体(卷)的迁移速率。31号勘探剖面中矿卷的迁移速率为0.0316m/ka～0.5237m/ka；39号勘探剖面中矿卷的迁移速率为0.0786m/ka～0.5064m/ka。 十红滩铀矿床的古气候、地层中有机质含量与分布、地下水的水文地球化学特征、矿物的同位素组成等证实了成矿围岩中微生物生存的可能性。而矿化的微生物化石则是微生物成矿作用的直接证据。模拟十红滩铀矿床的地质、地球化学环境，进行的微生物还原U(Ⅵ)的试验结果表明，微生物可以通过代谢性成矿作用机制实现对U(Ⅵ)的还原，并使之以纳米级的晶质铀矿形式沉淀在细胞壁及其附近。 十红滩铀矿床具有层间氧化带砂岩型铀矿床的一般特征，但与世界其它地区的该类型铀矿床相比，存在诸多特殊性，本文根据对该矿床的成矿作用地球化学研究和与世界主要层间氧化带砂岩型铀矿床的对比，建立了十红滩铀矿床的典型成矿模式：矿床产于活动大地构造环境中的相对稳定地段，具有蚀源区和成矿围岩双重铀源，还原剂具有以地层来源为主、辅以深源还原流体的特点，铀成矿经过了成岩期铀的预富集和成矿期多期次成矿作用的改造叠加，成矿作用机制具有以吸附和还原作用为主，并存在微生物直接成矿作用的多元成矿作用机制的特征，矿石物质成分简单、铀主要以分散状的超显微沥青铀矿和吸附态的铀酰络合物形式存在，矿体(卷)正在遭受不同程度的改造、迁移。