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本论文以鄂尔多斯盆地东缘为研究区,以晚古生代石炭—二叠系为主要研究层段,以煤系黑色页岩为主要研究对象,通过沉积学、地球物理学、岩石学、地球化学、煤田地质学等理论和方法,对研究区沉积相、微相及层序进行划分,并对研究区样品的岩石学特征、元素地化特征、有机地化特征进行了重点测试分析。论文主要研究内容及认识如下:通过对研究区的岩石颜色、岩性组合、沉积构造、古生物、稀土元素地化和测井数据分析,将研究区目的层段划分为陆相、海陆过渡相及海相三个沉积体系组,并识别出河流、三角洲、障壁海岸、浅海陆棚及湖泊5种沉积体系。通过运用沉积学和层序地层学理论,将研究区太原组和山西组地层划分为2个超长期基准面旋回(SLSC1、SLSC2),5个长期旋回(LSC1~LSC5)。通过X射线衍射(XRD)实验,测定全岩及粘土矿物含量,石英和粘土矿物所占比例最大,分别达到33%和50%,粘土矿物中,高岭石含量39%,伊蒙混层34%,伊利石18%,不含蒙脱石。表明研究区古气候特征为温暖潮湿,水介质环境多为酸性至中性。利用X射线荧光光谱仪(XRF)对黑色页岩样品进行常微量元素测定,利用测得元素含量数值计算出各相关元素之间的比值,并分析其相关性及变化规律,判断研究区古盐度、古气候、古水深及氧化还原环境,其中,Sr/Ba比值范围广泛,介于0.23~1.41之间,表明研究区水环境包括淡水、半咸水和咸水三种盐度,且主要是受河流影响的海陆过渡环境。通过岩石热解实验及氢指数、氧指数测定,判定研究区目的层黑色页岩中的有机质类型以Ⅱ型及Ⅲ型为主,有机碳含量在0.32%~19.67%之间,全区各层段TOC主体大于1.5%。特别是中部地区山西组底部层段,TOC含量较高,普遍大于2.5%。镜质体反射率Ro在0.7%~2.6%之间,主体分布于1.6%~2.1%之间,有机质大多处于成熟和过成熟阶段,推断出该区黑色页岩的生烃潜能较高。