中国北方聚集巨量稀土、稀有、战略资源,其中白云鄂博Fe-REE-Nb矿床为世界最大的轻稀土矿床。铀作为重要的战略资源,主要分布在中国北方中生代盆地砂岩型铀矿床中。研究白云鄂博Fe-REE-Nb矿床和北方盆地砂岩型铀矿具有重要的科研、经济和战略意义。我们对于白云鄂博矿床进行了详细矿物学工作,补充了各类稀土矿物的拉曼光谱及X射线能谱图、扫描电镜鉴定了白云鄂博各类含铌矿物。岩相学显示各类矿石中存在明显的交代结构,稀土矿物形成明显晚于白云石。扫描电镜、电子探针、LA-ICP-MS对粗细粒白云岩中白云石及各类矿石中磷灰石进行区分和成分测定,粗粒白云岩中磷灰石稀土含量低于细粒矿化白云岩中磷灰石。粗粒白云石边部异常富Sr而核部Sr含量极低、细粒白云石Sr含量均一。粗细粒白云岩表现出的明显成分差异暗示形成于不同地质过程,粗粒白云岩受富Sr贫REE变质热液交代、细粒白云岩受富REE矿化热液交代。微观尺度上,通过磷灰石成分变化灵敏地解译稀土矿化热液演化过程及后期热液叠加过程中稀土元素行为差异。LA-ICP-MS及CL显示三类不同磷灰石元素含量及内部结构有明显差异,背散射下明暗不同的成分区域证明遭受流体交代作用。两类稀土再活化迁移形式说明磷灰石遭受两期化学性质明显不同的热液蚀变。通过条带状矿石独居石原位Th-Pb定年集中在450Ma,证实了加里东期稀土矿化为主矿化期次。REE主矿化阶段沉淀各类稀土矿物,富REE的磷灰石与独居石沉淀后,随着含矿热液演化,稀土矿化晚阶段与稀土络合迁移的离子以SO42-、CO32-为主。中温富Na、富SO42-、富CO32-的热液交代早期富REE磷灰石,磷灰石中稀土发生再活化迁移,磷灰石溶解-再沉淀产生REE亏损的磷灰石区域。后期叠加的氧化、富Sr、亏损Na、亏损REE的变质热液淋滤富REE磷灰石,磷灰石内部稀土活化再分配,在颗粒内部产生大量独居石微小包裹体,同时这种富Sr、亏损Na、亏损REE的变质热液产生粗粒白云岩中贫REE磷灰石。白云鄂博矿床发生多期矿化及稀土再活化过程,主成矿期为加里东期,俯冲相关的热液萃取深部碳酸岩中REE、Nb上升至白云鄂博群交代沉积碳酸盐产生特大型稀土矿床,矿床形成后遭受后期富Sr贫REE变质热液叠加。北方砂岩型铀矿研究中,以松辽盆地北部大庆-长垣、鄂尔多斯盆地北部大营-纳岭沟、鄂尔多斯盆地西南泾川-彭阳铀矿床为代表,进行了岩石主微量、扫描电镜、方解石胶结物碳氧同位素、黄铁矿原位硫同位素等测试,综合分析铀成矿过程中元素耦合变化规律及成矿控制要素。结果显示三个区域铀成矿还原介质类型不同、铀富集成矿规律及成矿机理不同。大庆-长垣地区铀矿化位于上白垩统四方台组曲流河河道砂体中,扫描电镜结果显示铀矿物以铀石为主,铀矿物具有短棒状、球菌状、鱼卵状微生物形态,铀矿化与植物碎屑有机质及黄铁矿紧密相关,铀矿化晚于黄铁矿形成。岩石主微量显示U与S元素具有强相关性。成矿期黄铁矿硫同位素明显负偏,干酪根类型为IV型生物降解干酪根,说明铀矿化与植物碎屑有机质-细菌相互作用有关。大营-纳岭沟铀矿床中侏罗统直罗组含矿样品煤屑有机质含量高,且富煤屑样品黄铁矿含量明显增加,黄铁矿交代钛铁矿碎屑。铀矿物赋存状态主要为铀石,分布在黄铁矿、蚀变钛铁矿周围,铀石与煤屑有机质及黄铁矿具有明显联系。微粒铀石矿物显示麦粒状-鱼卵状的微生物形态,说明直罗组下段大量煤屑在微生物作用下,产生的H2S蚀变钛铁矿碎屑,并形成大量黄铁矿有利于铀还原沉淀,煤层产生的烃类物质为上部紧邻的粗粒砂岩提供可迁移的还原介质。砂岩中方解石胶结物碳同位素负偏,说明存在油气次生还原作用,可能造成叠加成矿作用。鄂尔多斯盆地西南部泾川-彭阳地区铀矿远景区铀矿化产于下白垩统洛河组,砂岩岩性均一、分选好、具高角度交错层理、基本没有碎屑有机质和杂基,代表形成于干旱的沙漠相沉积。工业铀矿孔中含矿砂岩为灰色-灰绿色,异常矿化孔中部分异常在红色砂岩中。扫描电镜显示铀赋存状态以沥青铀矿为主,呈微球状颗粒分布在碎屑颗粒孔隙中,颗粒集合体与胶状TiO2紧密相关。灰色还原砂体相对于红色无矿砂体明显富集黄铁矿及方解石胶结物,元素相关图解显示U矿化与S具有明显相关性。风成砂岩砂体碎屑有机质含量极少、砂体自身还原能力很低,研究区东北部紧邻长庆油田,铀矿床的还原介质为来自沿断裂迁移的油气藏的含烃流体。对松辽盆地、鄂尔多斯盆地三个区域砂岩型铀矿床的研究基本涵盖了北方盆地砂岩铀矿床成矿机理,揭示了植物碎屑、煤屑、油气等有机质与微生物的相互作用过程对铀还原沉淀的重要意义。