本论文以鄂尔多斯盆地东缘北部的哈尔乌素地区、中部的临县地区和南部的隰县地区为研究区,选取晚古生代石炭系太原组和二叠系山西组的煤系页岩为研究对象,结合前人的研究成果,以沉积学、地球物理学、岩石学、地球化学、煤田地质学为理论依据,结合露头、岩心、测井等地质资料开展研究层段沉积相和层序识别,并辅助以XRD和扫描电镜获取煤系页岩的岩石矿物组成,同时借助元素地球化学分析对沉积相进行定量分析。拟通过沉积层序格架的建立,分析沉积相的展布规律,查明煤系页岩沉积环境平面和垂向上的变化特征,指出层序格架内地化指标的变化规律。在前人研究的基础上,结合研究区的岩心、露头、测井等资料认为太原组为海相和海陆过渡相沉积,沉积相主要包括碳酸盐台地、障壁岛、泻湖、潮坪和三角洲相,山西组主要为三角洲相,细分为泛滥盆地,分流河道、分流间湾,泥炭沼泽等微相。对比发现中部和南部发育碳酸盐沉积,北部基本不发育,而北部三角洲相范围更广,持续时间较长。在此基础上建立了层序格架:垂向上划分为2个长期基准面旋回(LSC1、LSC2),长期基准面旋回的分界面为太原组和山西组的分界面,又进一步细分为4个中期旋回(MSC1~MSC4)。矿物组成是通过X射线衍射(XRD)实验和扫描电镜观察实现的。XRD实验结果显示:煤系页岩样品矿物组成主要为石英和粘土矿物,这也与扫描电镜观察结果相符。粘土矿物中高岭石、伊蒙混层矿物居多,表明沉积环境温暖潮湿。X射线荧光(X-ray fluorescence)是测定样品常微量元素的重要手段。通过微量元素来还原煤系页岩的沉积环境,分析其氧化还原条件、古气候、古盐度、古生产力变化。结果表明其形成于弱氧化-弱还原条件下,气候温暖潮湿,受海水作用较弱,整体生产力水平较高。煤系页岩样品稀土含量较高,稀土富集主要受控于物源,此外沉积速率、古气候、古盐度等也会影响稀土含量。在层序格架内,盐度与氧化还原条件的变化特征与中期基准面旋回变化相似,而古生产力(Baxs)和稀土总量(ΣREE)的变化趋势与中期基准面的变化相反。