在黔中-湘西北黑色岩系型铀成矿带已发现多个大-中型铀矿床，显示出良好的找矿潜力。贵州三穗龙湾铀矿床位于该成矿带南部，是近年勘查发现的大型铀矿床，矿体赋存在震旦系-寒武系老堡组黑色岩系中。前人对该矿床开展了矿床地质和地球化学研究，但铀的赋存状态、成岩成矿物质来源和成矿环境尚不明确。本文选取三穗龙湾矿床南部的老棚剖面以及钻孔ZK423为研究对象，开展矿物学、全岩元素地球化学、汞和有机碳同位素研究，获得的主要认识如下：
1.龙湾矿床含矿岩系为上震旦统-下寒武统老堡组（Z-∈l），岩性为碳质页岩与硅质岩互层，局部发现凝灰岩层。矿体呈层状、似层状赋存于碳质页岩中，矿体厚度0.5~2m，矿床规模达到大型。矿石呈块状、层状和纹层状构造，呈微晶-显微晶质结构。矿石中矿物以石英、黏土矿物和白云石为主，见少量铁矿物、锐钛矿、闪锌矿、重晶石、磷灰石、绢云母等。矿化蚀变可见硅化、黄铁矿化和碳酸盐化。
2.铀主要以沥青铀矿和钛铀矿等独立铀矿物形式赋存于磷灰石和锐钛矿矿物的边缘、溶蚀孔洞及气泡孔洞中，部分以类质同象形式赋存于磷灰石的晶格中。
3.全岩地球化学分析结果显示老棚剖面老堡组碳质页岩样品n（Si）/n（Si+Al+Fe）、Y/Ho、Zr/Hf值分别为0.61~0.89（平均0.82）、16.60~50.80（平均39.55）、37.30~42.80（平均40.64）；钻孔ZK423老堡组碳质页岩样品对应值分别为0.70~0.99（平均0.89）、17.67~54.76（平均38.14）、34.05~56.03（平均39.37），与陆源碎屑物质对应比值接近，部分与热水沉积物比值接近，指示成岩成矿物质来源主要为陆源风化碎屑物质，同时受到热水作用的影响。
4.钻孔ZK423老堡组含矿碳质页岩样品异常富集汞，在还原沉积环境和有机物吸附作用下形成稳定化合物，汞含量为557~1480×10-9（平均945×10-9）；Δ199Hg值为-0.05~0.08‰（平均0.00±0.04‰），多数与热液的Δ199Hg值（0.02±0.06‰）相似，少数与陆源物质的汞值（Δ199Hg<0）相似，表明成岩成矿物质来源具有多元混合特征，即与大陆风化作用下输入的陆源碎屑物质和热液携带的深部物质有关。
5.钻孔ZK423样品老堡组含矿碳质页岩有机碳含量为0.71~28.17%（平均16.13%），δ13Corg值为-36.5~-34.7‰（平均-35.5‰），均普遍高于不含矿碳质页岩与围岩硅质岩的对应值，指示成矿过程中古海洋初级生产力提高，推动了有机质和铀的埋藏与保存。6.老棚剖面老堡组碳质页岩样品V/（V＋Ni）、Ni/Co、δCe值分别为0.43~0.91（平均0.67）、5.31~58.04（平均16.54）、0.45~0.74（平均0.63）；钻孔ZK423老堡组碳质页岩样品对应值分别为0.40~0.97（平均0.76）、3.43~34.59（平均16.40）、0.32~0.76（平均0.56），均指示龙湾铀矿床可能形成于还原的沉积环境。钻孔ZK423老堡组碳质页岩样品Mo/TOC值为4.55~47.6（平均16.4），表明矿床形成于中等-强的局限沉积环境中。
7.震旦纪-寒武纪过渡时期，黔东地区位于边缘斜坡带的沉积环境中，这一特殊位置使得该区域能够接收大量的大陆风化作用下输入的陆源碎屑物质和火山热液携带的深部物质。中等至强的局限沉积环境对成矿元素与有机质向深海盆地的运移起到了阻碍作用，形成了稳定的沉积环境。沉积物源携带的营养元素促进了海洋初级生物生产力的提高，有机质分解消耗底层水的氧气，还原环境有利于铀的埋藏与保存。铀在地质过程中通过多种机制矿化：在磷灰石和锐钛矿矿物间隙、溶蚀孔洞和气泡孔洞中经还原沉淀为沥青铀矿；部分铀则以类质同象形式替换磷灰石矿物晶格中的Ca²⁺；成岩阶段交代早期的锐钛矿形成钛铀矿。铀在老堡组黑色岩系中富集，最终形成龙湾黑色岩系型沉积铀矿床。