塔里木盆地西南地区具有丰富的油气资源，勘探领域广阔。研究学者已经充分认识到整个塔里木西南地区石炭—二叠系良好的生油气前景。但是由于塔西南地区经历了长期的坳陷形成过程，其构造活动复杂、烃源岩演化差异性较大，且地震资料分辨率有限、品质较差；从而导致了对研究区的基础石油地质条件认识上存在不足，因此本文把微量元素和同位素分析即沉积地球化学分析整合到其他基础地质分析当中开辟新的研究方法是非常有意义的一次尝试。本文将长期作为一个整体的塔西南石炭—二叠系分拆开来，只选取二叠系作为研究对象，这是因为二叠系沉积环境的改变相对较大，在进行沉积地球化学这项新引进的分析时对比效果比较明显，而且对于石炭系来说沉积岩类型以碳酸盐岩为主，一般只能做碳氧同位素分析，不够全面，而二叠系沉积岩类型丰富不存在这个问题。论文以沉积学理论为指导，并结合层序地层学、沉积地球化学等相关理论，在野外露头、钻井综合研究的基础上，明确了研究区二叠系地层岩性和空间展布特征，明确了二叠纪沉积环境渐变，并在中晚期造成沉积分带的现象，进而结合岩石岩性、颜色、沉积结构及古生物等沉积相标志，对其沉积相类型、分布特征进行精细分析，提出碳酸盐岩台地相沉积模式、海相碎屑岩－碳酸盐岩混积模式和陆相碎屑岩沉积模式。在对二叠系棋盘组、普司格组和克孜里奇曼组部分样品的微量元素以及无机碳氧同位素测试数据进行处理后，利用公式计算法和元素比值法得出了古盐度、离岸距离和古温度的分析结果，并以此综合分析初步恢复了沉积环境。通过对研究区二叠系烃源岩的样品测试及钻井资料的综合分析，优选了优质烃源岩；二叠系优质烃源岩纵向上主要发育在叶城小区中统棋盘组和和田小区中下统普司格组，烃源岩有机质丰度较高，均处于成熟—高熟阶段。最终，在沉积特征、沉积环境恢复及烃源岩评价研究工作的基础上，从沉积环境角度分析，指出浅海混积陆棚相和半咸水湖泊相两种有利于优质烃源岩发育的沉积环境，为该区进一步开展油气勘探提供了新的研究思路。