鄂尔多斯盆地北部天然气与砂岩型铀矿共存,在赋存、分布和成因等方面联系密切。盆地北部天然气和铀矿成藏(矿)背景、天然气及伴生流体与表浅层岩石相互作用以及砂岩型铀矿成矿流体环境的深入研究,对建立这两种能源矿产成藏(矿)模式和揭示天然气与铀成矿关系具有重要意义。本论文通过大量野外剖面、岩心观察,钻测井及地震剖面分析,结合磷灰石裂变径迹定年、岩石学、矿物学和地球化学分析,对盆地北部天然气成藏逸散与铀成矿的构造背景、天然气逸散的浅层地质效应、砂岩型铀矿区流体演化过程及成矿流体环境等进行深入研究,探讨了天然气与铀成矿的关系。地层接触关系和裂变径迹分析表明,盆地北部中生代以来主要经历了三叠纪末、晚侏罗世和早白垩世末以来三期强烈的构造变动。三叠纪末构造变动主要发生在盆地东北部的府谷—东胜—准格尔旗一带的三角区域,发育同期北西向展布的挤压变形构造;晚侏罗世的构造变形和隆升作用主要发生在盆地北部边缘地区,平行于盆地北部边界发育东西向展布的挤压变形构造,盆地内部刚性块体受构造运动的影响较弱;早白垩世末以来盆地北部快速抬升冷却时限为100～20Ma,隆升幅度具东北强西南弱的特点,在伊盟隆起地区形成向西南缓倾的单斜,该阶段是天然气逸散与铀成矿的主要时期。盆地伊陕斜坡北部和伊盟隆起地区的气藏类型、成藏模式存在明显差异。伊陕斜坡地区上古生界储层致密化严重,天然气以近距离垂向运聚成藏为主,天然气组分和碳同位素等特征主要受气源岩类型和成熟度的控制;而伊盟隆起地区储层物性明显变好,其南部地区成熟—高成熟度的天然气可向东北方向发生大规模的侧向运移成藏和散失。天然气在生烃高峰期生成了大量的C02,C02与天然气溶于地层水后一同向盆地东北部及浅层迁移,随着压力的释放,在盆地北部出现大规模的碳酸盐化现象。天然气主要是沿断裂和不整合面等高渗透层发生运移散失,烃类与岩石相互作用形成的“漂白砂岩”主要发育在不整合面之下的风化壳中。直罗组下段砂岩因为孔渗性良好,也经历了明显的天然气蚀变作用。岩相学、流体包裹体、铀矿物微区地球化学、方解石碳氧同位素等分析显示,盆地北部砂岩型铀矿并非典型的层间氧化成因,在研究区识别出两种截然不同的成矿流体环境:低温低盐度氧化渗入水和高盐度热液流体,热液成矿作用明显区别于氧化渗入水相关的砂岩型铀矿床。含高浓度碳酸盐的热液流体来自于深部晚古生代煤系地层,对铀元素具有强络合能力的热卤水可以萃取富集途径岩石的铀元素而形成富矿流体。伴随矿区之北河套断陷盆地的形成与伊盟隆起的抬升增加,天然气和热卤水的渗出作用增强,盆地进入以热液流体为主的热液成矿阶段。盆地北部上古生界天然气对砂岩型铀矿的形成演化具有三种作用:(1)作为还原剂参与成矿;(2)来自深部储层中的热卤水可以萃取富集铀元素并发生热液成矿作用(络合剂来自于煤系烃源岩生烃产生的C02)(3)对已形成的铀矿床提供还原背景,具有保矿意义。