蒙其古尔铀矿床位于伊犁盆地南缘,是目前盆地内储量最大的砂岩型铀矿床,同时也是国内首个建设千吨级可地浸砂岩型产铀基地。本文在对伊犁盆地和蒙其古尔铀矿床详细的野外地质调查和室内相关分析的基础上,选取矿区各层位砂岩为主要研究对象。应用岩石学、矿物学、地球化学等多学科交叉内容,对蒙其古尔铀矿床进行了岩相学特征、矿石特征、碎屑锆石U-Pb定年物源示踪及源区构造演化特征等方面的研究,结果表明:(1)含矿砂岩类型以岩屑砂岩为主,整体分选性差、磨圆度差、成分成熟度及结构成熟度低,成岩作用强烈,发育高岭石化、伊利石化等一系列蚀变现象,成岩过程中溶蚀作用及后生蚀变现象的发育,为铀的富集提供了有利条件,且新生粘土矿物在铀富集过程中表现出吸附作用,在氧化还原环境下,最终影响铀的运移和沉淀。(2)蒙其古尔铀矿床中铀以独立铀矿物和吸附态铀两种形式分布。独立铀矿物以沥青铀矿为主,其次为少量铀石及钛铀矿。沥青铀矿呈不规则粒状、胶状或放射状分布于石英晶内或胶结物中,整体发育胶状裂纹构造明显;铀石呈他形晶不规则粒状、肾状分布于炭屑或黄铁矿边部;钛铀矿呈不规则星点状分布于重矿物金红石边缘或裂隙内;吸附态铀主要分布于炭屑中,且UO2含量变化较大。(3)依据砂岩碎屑成分定量分析得出,三工河组物源为一套混合型再旋回造山带区向过渡再旋回造山带区、最后向岩屑再旋回造山带区过渡的演变过程;西山窑组物源为一套过渡再旋回造山带区向岩屑再旋回造山带区的演变过程。(4)蒙其古尔铀矿床三工河组下段砂体中锆石U-Pb年龄峰值介于300~350Ma;三工河组上段砂体中锆石U-Pb年龄峰值介于350~400Ma、400~450Ma;西山窑组下段砂体中锆石U-Pb年龄峰值介于350~400Ma;西山窑组上段砂体中锆石U-Pb年龄峰值介于300~350Ma,另有少量锆石年龄为前寒武纪。表明蒙其古尔铀矿床砂岩主体物源来自于盆地南缘乌孙山大哈拉军山组火山岩及南部那拉提地区的古生代花岗岩;其次少量来源于伊宁-中天山板块巴伦台地区和那拉提地区前寒武纪基底物质。