石拐盆地位于大青山腹部,发育较为完整、出露良好的的陆相含煤侏罗纪地层,其蕴含的古环境信息是开展中国北方中生代陆相盆地古气候及环境对比研究不可或缺的基础资料。石拐盆地侏罗系自下而上发育五当沟组、召沟组、长汉沟组和大青山组。系统的碎屑组分、岩石结构、沉积构造、剖面结构和岩相学的研究表明:五当沟组不整合于太古宙乌拉山群片麻岩之上,实测厚度约为130.3m,岩性自下而上为灰白色砾岩、含砾粗砂岩、薄层灰黄色细砂岩、灰黑色泥页岩夹薄层煤,发育交错层理和水平层理,沉积环境为冲积扇—辫状河三角洲沉积相,辫状河三角洲沉积相可进一步识别出三角洲前缘亚相及水下分流河道、分流河道间2个微相;召沟组与下伏地层五当沟组为整合接触,实测厚度约为153m,下部岩性为黄绿色含砾粗砂岩、岩屑杂砂岩、深灰色泥岩及粉砂质泥岩,中部岩性为灰绿色中厚层粗砂岩、粉细砂岩及大量煤层及煤线夹薄层泥,构成韵律层,上部岩性为灰白色含砾粗砂岩、黄绿色中细砂岩和灰黄色泥岩,含植物化石碎片,发育水平层理、交错层理和河道冲刷充填构造,沉积环境为冲积扇—辫状河三角洲—湖泊—曲流河相。辫状河三角洲沉积相可进一步识别出三角洲平原和三角洲前缘2个亚相以及水下分流河道和沼泽2个微相,湖泊相可进一步识别出滨浅湖和半深湖2个亚相,曲流河沉积相可进一步识别出河床、堤岸和河漫滩3个亚相以及河床滞留沉积、边滩沉积、决口扇、和河漫沼泽4个微相;长汉沟组与下伏地层召沟组为整合接触,实测厚度约为45m,岩性主要为深灰色泥岩夹泥质灰岩,表面风化为灰绿色、黄白色,沉积环境为湖泊相,可进一步识别出滨浅湖和深湖—半深湖2个亚相;大青山组逆冲推覆在召沟组之上,实测厚度约为204.6m,岩性为紫红色复成分砾岩、含砾中粗砂岩、紫红色泥岩和黄绿色粉砂岩,发育水平层理、平行层理、板状交错层理和河道冲刷充填构造,沉积环境为冲积扇—辫状河—辫状河三角洲相,辫状河相可进一步识别出河床和河漫滩2个亚相以及河床滞留沉积和泛滥平原2个微相,辫状河三角洲沉积相可进一步识别出辫状河三角洲前缘亚相以及水下分流河道和分流间湾2个微相。主量和微量元素地球化学研究表明:1)古盐度指标(V/Ni与Sr/Ba值的判别图以及Sr分别与Li、Ga值的判别图)指示五当沟组、召沟组和大青山组为淡水环境,长汉沟组为淡水—微咸水环境;2)古氧化—还原指标(V/Cr分别与U/Th、Ni/Co、V/(V+Ni)值的判别图)指示研究区为氧化环境,其中召沟组为弱氧化环境,五当沟组向大青山组氧化程度逐渐增强;3)五当沟组、长汉沟组和大青山组的古水深介于1.3～8.93m,指示浅水环境;召沟组古水深介于1.18～32.47m,指示浅水―半深水环境,召沟组时期水体最深;4)古气候指标:地层从老到新的气候指数C分别为0.51,0.12～0.60,0.50,0.13～0.34;化学蚀变指数(CIA)分别为92,67～86,51,69～76,Sr/Cu值分别为1.94,2.77～36.32,7.11,3.04～12.43;Rb/Sr值分别为0.53,0.12～0.67,0.24,0.49～0.72。气候环境由五当沟组的温暖潮湿转向大青山组的半干旱炎热。基于石拐子盆地侏罗系沉积相的分析和古环境、古气候研究,并将石拐盆地侏罗纪古气候变化规律与二连盆地、鄂尔多斯盆地、伊犁盆地、准噶尔盆地以及柴达木盆地的侏罗纪时期古气候演化规律进行了对比,结果表明:中国北方侏罗纪陆相盆地沉积环境受区域气候变化规律的控制,随着气候变得越加炎热干旱,蒸发作用加强,水体变浅,盐度逐渐升高,氧化作用越来越强。