渭河盆地为一新生代断陷盆地,地理位置特殊,既是油、气、水能源富集的地方,也是环境演化的聚焦地。它北接油气资源富集的鄂尔多斯盆地,南临矿产资源丰富的秦岭造山带,同时又是南北气候过渡带、南北生物群落的过渡带,占据重要的地理位置,是各行业共同关注的热点地区。新生代沉积相与环境演化研究,对于油气水分布研究、渭河盆地-秦岭造山带盆山耦合、古气候格局等研究具有重要指导意义。本论文在综合大量前人资料及已有成果基础上,通过大量的野外踏勘、实测剖面,对比钻井剖面,采用岩石学、沉积地质学、地球化学、古生物学等学科理论及技术方法,对渭河盆地新生代地层进行重新整理归纳,系统开展了盆地各期的物源分析、沉积相划分与沉积环境研究,最终完成盆地的岩相古地理恢复及环境演化研究,主要取得以下的成果和认识:在详细总结前人研究成果基础上,综合古生物学、古地磁学等资料,通过大量的野外观察实测,对渭河盆地新生代地层进行重新归纳,划分如下:始新统红河组、渐新统白鹿塬组,中新统冷水沟组、寇家村组、灞河组,上新统游河组,更新统三门组、泄湖组、乾县组及全新统半坡组。同时完成了盆地的东西向及南北向地层划分与对比,建立了研究区地层划分对比格架。综合轻、重矿物、主微量及稀土元素分析结果,确定了盆地各期的沉积物源,各期物源主要来自北侧的渭北隆起及南侧的北秦岭,东部主要为中条山,搬运距离近,自灞河期开始除骊山隆起提供小范围物源,还增加了来自西北部带来的风尘物质。根据沉积特征将渭河盆地新生代划分为河流(冲积)沉积、三角洲沉积、湖泊沉积及风成沉积4个沉积体系,并对相带的时空展布进行了分析,建立了新生代沉积相模式图。研究认为整个沉积过程,盆地边断、边陷、边充填,纵向上极不对称,沉积中心偏南,平面上东窄西宽,边部以冲积扇为主,向中心逐渐过渡为湖相沉积。盆地自始新世红河期开始沉积,渐新世晚白鹿塬期抬升,整体发生沉积间断;中新世冷水沟期再次开始接受沉积,水体逐渐扩大,寇家村期湖泊广泛发育,至灞河期沉积范围进一步扩大,骊山开始隆升;上新世游河期盆地存在西安凹陷、固市凹陷两大沉积凹陷,边部开始出现风成沉积;第四纪西部隆起,三门期沉积中心东移,湖泊沉积范围开始缩小,中更新世至全新世,盆地萎缩成区域上的小型湖泊。在上述基础上,完成了渭河盆地新生界岩相古地理图,探讨了渭河盆地新生代的沉积演化历史。渭河盆地古盐度分析表明,盆地整体处于一个内陆淡水湖泊,盐度值较低,局部层位达到半咸水环境;受沉积相与气候共同影响,当气候湿润时,盐度值降低,气候干冷时盐度值升高,当沉积相由湖相、三角洲相、河流相、冲积扇相顺序变化时,盐度值有升高趋势。哺乳动物、孢粉资料分析表明,红河期气候相对干热,至白鹿塬期变得温暖湿润,而晚期变凉变干,可能与盆地整体隆升有关;冷水沟期至寇家村期气候整体温暖湿润,存在凉干气候波动;进入灞河期气候逐渐变得干热,至游河期气候发生转型,变得湿热,与全球气候转型对应,晚期季风气候影响加强,伴随着秦岭的快速抬升,气候变干变凉;第四纪开始气候整体变得干冷,震荡幅度加大,寒冷干燥与温暖湿润交替出现,为典型的半干旱半湿润气候。