本发明属于铀矿勘探技术领域，具体涉及一种圈定砂岩型铀矿深部三维铀成矿靶区的综合物化探方法。本发明包括以下步骤：步骤1、圈定细粒级土壤铀含量异常范围；步骤2、开展航空瞬变电磁测量工作，圈定铀成矿有利砂体范围；步骤3、圈定铀成矿重点勘查区；步骤4、开展土壤氡气测量工作，圈定土壤氡气浓度异常范围；步骤5、开展可控源音频大地电磁测深工作，圈定深部铀成矿有利砂体范围；步骤6、圈定深部铀成矿有利地段；步骤7、圈定地电化学铀含量异常范围；步骤8、圈定深部三维铀成矿有利砂体范围；步骤9、圈定深部三维铀成矿靶区。本发明能够解决现有技术难以准确地圈定砂岩型铀矿深部三维铀成矿靶区的问题。