内蒙古东部及邻区上二叠统,发育巨厚暗色泥页岩,是重要的油气勘查新区和新层系,然而,该层位沉积环境争议较大。张永生等在林西官地等剖面上部发现了苔藓虫、海绵骨针等海相化石,颠覆了前人晚二叠世晚期为陆相沉积的认识。本文在该研究的基础上,系统的对研究区晚二叠世剖面进行了观测、化石与样品采集,完善了晚二叠世地层对比格架,并对各主要沉积相区不同剖面沉积相及其组合特征进行了研究。采集到了广德乐平角石(比较种)(Lopingoceras cf.guangdeense)、菊石等头足类、苔藓虫Septepora和疑源类化石,为海相沉积提供了新证据。在林西组上部层位发现生物礁,礁体类型主要为藻粘结苔藓虫、海绵和钙藻格架礁以及藻粘结礁四种类型;主要造礁苔藓虫为Fenestella、Septepora、Fistulipora、Polypora、Thamniscus等,海绵为钝管海绵,钙藻为Monostysisyrinx、Archaeolithoporella,造礁群落指示温凉环境。礁体为圆丘礁与岸礁两种类型,形成环境代表水动力相对较弱的平缓型浅海陆棚和较强的陡峭陆棚斜坡边缘。同时,测试灰岩及泥岩中微量元素和碳、氧同位素组成,支持林西组灰岩形成环境为海相近岸带,沉积水体可能有三个来源,即正常海水、河水或大气降水和热液。对不同剖面进行联架对比的基础上,识别沉积不整合面,将本区晚二叠世划分为三个三级层序,分别绘制其构造古地理环境图,圈定各层序海、陆相分布范围与特征。分析表明:兴蒙海槽的闭合经过了碰撞闭合—裂陷成海—关闭成陆三个阶段。中二叠世末期,全区多数地区存在沉积间断或间歇性暴露构造,代表中朝与西伯利亚板块碰撞闭合,区域上海水分布面积有限但未完全退出。裂陷成海发育于Sq2层序海进体系域(晚二叠世早期),不同剖面均发现滑塌、滚动球状堆积、滑卷层理等斜坡相构造,同时发育浊流沉积;指示水体迅速变深,盆地以断陷为特征,此时西伯利亚与中朝两板块之间再度裂陷成海。晚二叠世末期,兴蒙海槽水体普遍变浅,且内部广泛发育火山岩,代表中朝与西伯利亚板块之间强烈缩短碰撞环境,至本期末,吉林九台马达屯组上部均发育红色砾岩层,代表海水逐步退出本区。区域上,林西官地、科右前旗索伦剖面等位于陆块边缘地区,在Sq2层序与Sq3层序最大海泛面期所发育烃源岩有机质丰度较好;其次则为两者之间的深水地带所形成的暗色泥页岩。分析表明:有机质类型多为Ⅱ2,少部分为Ⅱ1和Ⅲ型,热演化达到高成熟-过成熟阶段,以生气为主。同时,泥页岩中脆性矿物含量较高,易形成天然裂缝和被压裂,有利于页岩气赋存与开发。