二连盆地地处天山-兴蒙造山带的中东段,为海西褶皱基底上形成的伸展裂陷盆地。哈达图地区位于二连盆地乌兰察布坳陷中东部,近几年在该区发现了大型砂岩型铀矿床,成矿潜力优越。本文在野外露头、岩芯观察与地球物理等资料解释基础上,利用偏光显微镜、电子探针以及扫描电镜等现代分析测试技术,对哈达图地区的铀矿目的层岩石学特征、成岩作用、后生蚀变、热流体改造、铀成矿条件(铀源、构造、古气候和还原剂)、成矿模式等进行了系统的分析与探索。重点研究了目的层碎屑颗粒特征、流体蚀变现象、成岩成矿阶段的划分,为建立研究区的成矿模式奠定了基础。镜下鉴定分析结果表明,哈达图铀矿床目的层赛汉组三段砂岩结构成熟度和成分成熟度都偏低,主要为长石岩屑砂岩,岩屑含量较少,碎屑颗粒磨圆度为棱角-次棱角,分选性一般。表明其沉积物物源为近源特点。根据有机质成熟度的镜质体反射率、岩石矿物学组合、古温度、流体性质等证据判定,目的层成岩作用只进行到中成岩阶段便转变进入到了表生成岩、氧化成矿阶段,后又经历了热流体叠加作用,对铀矿化进行叠加改造,再次富铀。统计显示,黏土分带与氧化还原性密切相关。氧化流体蚀变发育,氧化带见褐铁矿化,少见绿泥石化,黏土含量大约为8.5%左右,见高岭石化、蒙脱石化以及伊利石化;过渡带黏土化强烈,含量约为25%,主要为伊利石化、绢云母化、可见绿泥石化,伊/蒙混层较多,黄铁矿化以及有机质大量出现,少见碳酸盐化;还原带黏土矿物大约为10%,有机质、黄铁矿、伊/蒙混层较过渡带减少,但伊利石含量较多。根据蚀变矿物组合特征判断,流体性质经历了弱碱-弱酸-弱碱的交替性演化。热流体蚀变主要表现为黑云母的绿泥石化,高岭石绿泥石化、蒙脱石绿泥石化等。根据电子探针分析显示,研究区铀的赋存形式以独立铀矿物和吸附态铀为主,独立铀矿物为沥青铀矿和铀石,且与黄铁矿、炭屑等密切伴生。综合研究认为,哈达图地区铀矿床为两段成矿,即早阶段为潜水-层间氧化带成矿,形成了早期板状铀矿体;晚阶段经深部热流体叠加改造使矿化进一步富集,这种双阶段成矿模式与乌兰察布坳陷中赛汉高毕铀矿床和马尼特凹陷中巴彦乌拉铀矿床明显不同。