中侏罗世中、晚期是全球范围发生大规模古气候变迁和古植物类型变化的时期。柴北缘地区受到伸展坳陷及燕山运动早期构造活动的影响,形成了一套湖-沼相煤、碳质泥岩、油页岩、暗色泥岩4类岩性叠置或互层的富有机质沉积—大煤沟组。开展湖-沼相富有机质沉积的研究,不仅在理论上对于确定古气候、古植物和古环境变化的地球化学记录,重建地质时期的环境-生物-沉积有机质的相互耦合关系有重要科学价值,而且在实践中对于确定湖沼相不同类型烃源岩的特征和发育分布规律,预测和评价烃源岩生烃潜力也有重要的意义。本论文以柴页1井中侏罗统大煤沟组为研究对象,研究工作历时四年,对大煤沟组122个岩心样品进行了包括XRD、ICP-MS、GC-MS、镜质体反射率和稳定碳同位素在内的1430余项次分析测试,以及全井测井资料解释和层序地层学分析。采用有机岩石学、生物标志地球化学、元素地球化学、沉积学和岩石物理学等多学科紧密结合的方法,在层序地层格架分析的基础上,通过剖析大煤沟组的矿物组成、显微组分组成及微量元素分布的旋回变化特征,探讨了控制大煤沟组富有机质沉积形成的古气候、古植被、沉积环境等方面因素,构建了地球化学特征与沉积旋回、古气候-古生物变化的响应关系,并进一步评价了大煤沟组烃源岩的倾油、倾气性。取得的主要成果和创新性认识如下:1.沉积相和层序地层格架分析揭示,大煤沟组湖-沼相沉积呈三角洲平原—三角洲前缘—半深湖—深湖—半深湖—浅湖的不完整旋回结构。2.不同沉积微相矿物组成和微量元素含量特征反映,以大煤沟组七段中上部的深湖相为界,古气候出现湿润—干旱—湿润的旋回变化。大煤沟组七段油页岩属于干旱气候下的深湖相沉积,深湖、半深湖亚相及河漫沼泽微相具有相对较高的古生产力。3.揭示了中侏罗世湖-沼相沉积的显微组分组成特征及其旋回变化规律。受沉积环境和古气候旋回控制下的生源输入、氧化-还原条件变化的影响,从三角洲平原相—三角洲前缘相—半深湖相—深湖相,高等植物来源显微组分含量逐渐降低。深湖相显微组分以腐泥组和壳质组为主,具有高伽马蜡烷含量,反映干旱气候近源湖泊水生藻类和陆生高等植物双重生源输入的特点。萜类化合物卡达烯、惹稀和西蒙内利烯相对含量的剖面变化,应与构成中侏罗世主要高等植物生源物质的针叶类的生境和/或群落对古气候旋回的响应有关。4.通过微量元素、生物标志物和有机岩石学观察分析,确定了不同沉积微相水体环境及旋回变化特征。三角洲-深湖相水体环境由富氧逐渐变为贫氧、缺氧;三角洲前缘水下分流间湾微相存在缺氧分层水体环境;半深湖相时期为具有湖泊水体内循环的清澈水体环境;深湖相为强烈分层、还原的微咸水环境。5.通过对镜质体反射率频率分布特征及其与岩性旋回、沉积环境的关系分析,阐明了长期困扰有机岩石学家,关于中国西北地区侏罗纪煤系镜质体反射率值异常的地质原因。指出高等植物物质生源、搬运距离(表现为显微组分组成)和沉积环境(表现为氢指数变化)直接导致了镜质体反射率的增强或抑制。6.提供了详细的中侏罗世湖泊-沼泽环境演变的地球化学记录,基于此,确定了沉积旋回背景下有机质富集的主控因素,并建立了湖-沼环境富有机质沉积的成因模式。提出有机质生源和环境共同控制了湖-沼相沉积物中有机质的数量(TOC)和倾油气性(显微组分组成),中侏罗世大煤沟组的倾油性烃源岩主要发育在炎热干旱气候条件下的深湖相和湿润气候条件下的泥炭沼泽微相和水下分流间湾微相。