山西地区晚古生代经历了多次海平面升降变化。该区自晚石炭世开始接受沉积以来,由于南北构造运动的不均衡性及古构造作用的影响,导致同一地区不同阶段岩相、岩性组合特征的纵向变化和同一阶段不同地区的横向差异。就整个晚古生代而言,山西各地区地区都不同程度的发育海陆交互相沉积。本文研究的技术路线按照“点-线-面”的研究思路,在大量野外露头剖面实测和前人剖面资料(剖面和钻孔)收集的基础上,从单个剖面沉积相研究和层序地层划分入手,通过不同沉积相区剖面层序地层的对比,研究各沉积体系的时空展布格架和环境演变特点,探讨该区晚石炭世-早二叠世沉积环境和相对海平面的变化对聚煤作用的影响。本文通过对山西5条实测剖面的详细观察、描述,以及对20多条辅助剖面资料的细致分析,结合前人沉积相研究成果,根据剖面沉积相分析,应用层序地层学研究理论和方法,对该区晚古生界进行了详细的层序地层划分和对比,取得了以下主要研究成果:(1)根据剖面岩性、沉积构造、含化石组合等,将该区上古生界划分出碳酸盐台地体系、陆源碎屑障壁泻湖体系和浅水三角洲3大沉积体系,识别出9种沉积相以及若干沉积亚相类型。沉积相包括:开阔台地相、局限台地相、障壁岛相、泻湖相、潮坪相、泥炭沼泽相、前三角洲相、三角洲前缘相和三角洲平原相。(2)通过各沉积体系的区域对比,认为陆源碎屑障壁泻湖体系与碳酸盐台地体系交相沉积,在全区广泛发育,而浅水三角洲体系主要分布在晋北地区,在晋中及晋东南的太原组底部和山西组也有发育。(3)根据剖面相序结构分析和沉积旋回划分,以区域不整合面和相序结构转换面为划分依据,对该区20余条露头及钻孔剖面进行了详细的层序地层划分,共划分出1个二级层序和8个三级层序,其中,本溪组3个,太原组5个。各层序均由海侵体系域和高水位体系域组成,普遍不发育低水位体系域。(4)通过6条横剖面的追索和对比,揭示了三级层序的时空展布格局和区域变化特点:在晋中地区本溪组层序发育较完整,沉积厚度大,海水相对较深,而向晋东南和晋北方向层序逐渐不完整,沉积厚度也相应的减小;太原组层序在全区普遍比较完整,但仍然继承了本溪组时期的古地理特点,晋中地区为相对低洼区,沉积厚度大,向南、向北沉积厚度逐渐变薄。(5)对本区本溪组、太原组聚煤规律分析发现,海侵体系域和高水位体系域均有煤层发育,但重要的可采煤层主要集中于高位体系域,与这些层序快进慢退的海进海退特点相联系。