鄂尔多斯盆地是我国第二大沉积盆地,蕴藏着丰富的油气资源。近年来上古生界发现的各气田(藏)探明储量显示了鄂尔多斯盆地上古生界天然气勘探具广阔前景,它的扩大和开发对当前我国油气工业可持续发展具有重要的现实意义与经济意义。大牛地气田位于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡北部东段,石炭系太原组、二叠系山西组、下石盒子组是其主要含气层系。最新资源评价预示其具有较大的勘探开发潜力。由于本区沉积环境、储层以及成藏主控因素相对复杂,从而制约了该区油气富集规律的深入认识,影响了高效储层勘探开发的效果。本文针对研究区存在的问题,从多学科理论体系入手,运用多种分析测试手段,系统开展对大牛地气田上古生界沉积相、储层微观特征及油气富集规律的综合研究,并提出有利区带。根据砂岩碎屑成分、轻重矿物、石英阴极发光、稀土元素等分析,认为研究区上古生界储集层物源主要来自盆地北部,且明显受北东向物源控制,母岩为阴山古陆前寒武系的变质岩岩系。研究区发育滨浅海—辫状河三角洲—河流沉积体系,而太原组障壁砂坝微相、山西组分流河道微相以及下石盒子组河道砂坝微相是研究区天然气储集的骨架相,砂体的发育完全受控于沉积相带的展布。研究区下石盒子组和山西组以中—粗粒岩屑砂岩和岩屑石英砂岩为主,而太原组以石英砂岩为主。杂基含量低,胶结物主要为高岭石、伊利石、绿泥石等粘土矿物,以及石英次生加大、碳酸盐矿物。碎屑颗粒分选中等—好,以次棱、次圆状为主,颗粒间以线—点接触为主,线接触次之,多为颗粒支撑,主要为孔隙式胶结。砂岩以残余粒间孔和溶孔为主,孔隙组合类型以粒间孔—溶孔型最为发育,孔隙结构主要为中门槛压力—粗喉道型和中门槛压力—细喉道型。各储集层物性差异大,层内、层间及平面上均显示出较强的非均质性,物性盒2最好,太2次之,盒3、太1中等,总体上属低孔特低孔、低渗特低渗型储集层,物性主要受沉积作用和成岩作用的控制。研究区上古生界砂岩储层成岩作用总体上应处于早成岩B期至晚成岩A期,局部进入晚成岩B期。压实作用、胶结作用和溶解作用是控制储层物性演化的主要成岩作用,其中压实作用和胶结作用造成了储层原生孔隙的大量丧失,溶解作用则有效地改善了研究区储层的储集性能。综合沉积相及储层特征的研究,结合本区实际情况,将研究区各砂岩储层划分为4种类型。各气层组都不同程度发育Ⅰ类好储层、Ⅱ类较好储层,且以盒2、盒1和山2气层组较为发育,山1、太1气层组局部发育Ⅲ类中等储层,太2气层组局部具Ⅳ类差储层。通过对研究区成藏地质条件的研究,认为沉积作用、成岩作用以及局部构造作用是本区油气富集的主要控制因素,综合产能特征,确定研究区的主力产气层为盒3、山2、太2气层组,并在太原组、山西组、下石盒子组中优选出多个有利区块,为下一步远景勘探开发提供了地质依据。