众所周知，鄂尔多斯盆地发育于华北克拉通稳定基底之上，盆地内部构造活动比较微弱，因此，开展盆地沉积相与层序地层学研究，对于搞清储集空间的展布规律、寻找油气的富集区都具有十分重要的作用。本文通过对鄂尔多斯盆地西北部沉积岩沉积结构、沉积构造、垂向序列及测井响应的深入研究，识别出冲积扇、河流、扇三角洲、辫状河三角洲、曲流河三角洲、湖泊、障壁海岸及碳酸盐台地等8种沉积相类型。在此基础上，对每一种沉积相又进行了详细的沉积亚相和微相的划分。 在深入研究本区沉积岩轻、重矿物组分的变化、各种岩屑的标型特征、石英阴极发光颜色、古水流方向及沉积相带展布等基础上，认为研究区石炭—二叠纪的物源方向主要有两个，分别为：北缘杭锦旗以北的巴彦乌苏、乌兰格尔及河套阴山地区；以及研究区西北缘的阿拉善地区。 以物源方向和沉积岩砂／地比值为基础，结合沉积结构构造、古水流方向及古生物特征等，编制了研究区各期次的沉积相平面图，以识别优势相展布和沉积环境演化。本溪期和太原期研究区泻湖—潮坪沉积分布广泛，西北缘发育河口湾、泻湖及小型三角洲沉积。山西期由北向南依次发育冲积扇、辫状河、曲流河、三角洲平原、三角洲前缘和滨浅湖沉积。中二叠世早期，研究区由北向南依次为冲积扇、辫状河、辫状河三角洲平原、辫状河三角洲前缘和滨浅湖所占据。中二叠世中晚期，沉积相带展布顺序与山西期相同。 早古生代以来，加里东运动使本区全面上升，同时遭受剥蚀。除贺兰拗拉槽北部从靖远期开始沉积外，绝大部分地区从本溪期才开始沉积。晚石炭世，贺兰山一带形成裂陷海湾沉积，而中央古隆起以东则广泛发育陆表海沉积。早二叠世太原期，华北海与祁连海贯通，形成统一陆表海沉积阶段。随后，海水向南退出本区，并在山西期、石盒子早期形成广泛的河流、湖泊和三角洲沉积，在石盒子晚期和石千峰期形成河流、湖泊和漫滩沼泽沉积。 本文对研究区内上古生界进行了层序地层学探讨，将本区沉积建造概括为裂陷海湾充填层序、陆表海充填层序、近岸碎屑湖盆层序和内陆湖盆层序，建立了研究区上古生界层序地层学格架，西缘贺兰拗拉槽上石炭统划分为12个层序，本区大部分地区上古生界可划分出15个层序，并全面地概括了层序演化各阶段的具体特征。