本论文的研究工作基于西沙群岛现代生物礁沉积的科学考察和西琛1井部分钻井岩芯资料进行,研究内容主要包括西沙群岛现代礁区沉积相、钻井沉积相、钻井岩芯地球化学和成岩作用几个方面,主要采用的地球化学的手段包括碳、氧、锶同位素、常量元素、微量元素、电子探针、包裹体和阴极发光等方法。首先,对西沙现代礁区沉积相特征进行了详细的分析和研究,识别出原地珊瑚礁相(礁格架相)、礁缘砾石粘结岩相(礁顶相)、礁坪砂砾岩相、灰沙岛、礁前塌积相、礁后泻湖相和礁前浅海泥砂相几个亚相。利用岩性、古生物和地球化学特征,并结合西沙现代生物礁考察的成果,对西沙群岛海区全部4口生物礁钻井的沉积相进行了较为细致的划分,识别出滨、浅海生物碎屑滩相、礁格架相(包括原地珊瑚格架和礁缘藻粘结岩相)、泻湖相、礁坪相、灰沙岛相等几个亚相。对石岛风成沉积进行了重点考察,利用薄片、扫描电镜、碳、氧同位素、常量元素和微量元素等方法,对其岩石学特征和地球化学特征进行了详细研究。通过与石笋氧同位素曲线的对比,对石岛风成沉积与古土壤的形成年龄进行了精确标定。由老到新,石岛五期风成沙丘沉积分别形成于:58 500 a B. P.前,56 000~48 000 a B. P.,45 500~38 000 a B. P.,36 000~30 500 a B. P.,28 500~25 000 a B. P.;四期化石土壤层由老到新分别形成于:30 500~28 500 a B. P.,38 000~36 000 a B. P.,48 000~45 500 a B. P.,58 500~56 000 a B. P.。结合末次冰期背景、宣德环礁形态特征及东亚季风特征,建立了末次冰期背景下石岛风成沉积的相模式。成壤作用导致Al、Fe、Mn、U元素在土壤中相对富集,而Y、Cr、REE元素的在土壤层中的相对富集似乎与风尘或火山灰有关。碳、氧同位素对成岩作用反应敏感,淡水淋滤作用会导致碳、氧同位素的明显负偏,而白云化作用正好相反。西琛1井钻井岩芯碳、氧同位素具有相同的变化趋势,相关系数达0.88。西琛1井井深116m以下,钻井岩芯的87Sr/86Sr比值比同期大洋水明显偏高,可能与青藏高原的隆升有关。116m以浅,87Sr/86Sr强烈偏负,出现极低值,可能与海底安山质火山的喷发有关。西沙生物礁自中新世发育以来,记录了一系列古海洋、古气候事件:钻井岩芯中的白云岩段在区域上有很好的可比性,其成因与中新世末期的米辛尼亚(Messinian)事件和上新世中期的北极冰川的形成密切相关。西琛1井中新统757~788m碳、氧同位素的偏高与白云化作用无关,可能反映了南极冰盖重大扩张事件。西永1井上新世的钙质超微化石记录了一次迅速的海侵事件。第四系地层中碳、氧同位素曲线整齐划一的负偏与末次冰期的淡水成岩作用有关。上新世末期以来,礁坪相、礁格架相和灰沙岛相逐渐增多,说明环礁发育更为成熟,反应构造沉降趋于稳定。中新统上部白云石晶体的电子探针线扫描图的Ca、Mg含量成波状起伏,显示由内而外白云化程度的差异,此一特征与阴极发光的环带构造相对应。白云石矿物流体包裹体具有高温、宽盐度的特征,并据此提出了地热对流驱动白云化模式。