我国海相碳酸盐岩油气勘探实践表明,碳酸盐岩四类储层中除岩溶型以外,生物礁型、颗粒滩型及白云岩型优质储层的形成均与白云岩化有关,因此,白云岩化作用是海相碳酸盐岩优质储层研究的核心。白云岩成因问题一直以来都是沉积学领域经久不衰的话题,白云岩化流体性质及成岩作用系统的研究是近年来沉积成岩作用研究的热点,对沉积盆地成岩作用过程的研究有助于寻找有利的储层分布区,也是各个地区碳酸盐岩储层研究与预测的难点。本文在前人研究基础上,通过铸体薄片、扫描电镜观察、X-衍射有序度分析、微量元素、稀土元素、碳氧同位素、锶同位素、流体包裹体及阴极发光等分析测试方法,系统研究鄂尔多斯盆地古隆起周缘马家沟组白云岩成因及成岩系统,主要取得了以下几点认识:(1)系统分析盆地古隆起周缘马家沟组沉积体系,以三级层序体系域为编图单元编制层序岩相古地理图,揭示马家沟组沉积演化过程,认为古隆起西南缘为陆缘海碳酸盐台地沉积,东缘为陆表海碳酸盐台地沉积,并建立相应的沉积模式解释古隆起周缘沉积体系差异性。(2)按结构-成因对马家沟组白云岩进行分类研究,泥微晶白云岩有序度较低,晶粒白云岩有序度高。微量元素地球化学特征反映泥微晶白云岩为开放体系高盐度海水白云岩化,晶粒白云岩为封闭体系海源流体白云岩化。(3)稀土元素地球化学特征分析结果进一步证明两类白云岩化流体与海水密切相关,白云岩化过程是稀土元素迁移贫化的过程,泥微晶白云岩形成于弱氧化-弱还原环境,晶粒白云岩形成温度高于泥微晶白云岩,可能还受后期氧化性热液的改造。(4)碳氧同位素地球化学特征也证明泥微晶白云岩和晶粒白云岩白云岩化流体为海水或与海水相关的海源流体,前者白云岩化过程中局部可能有大气淡水参与,后者形成于一定埋深条件下。(5)流体包裹体均一温度经压力校正后表明泥微晶白云岩形成于近地表环境,而晶粒白云岩形成于一定埋深温度较高的环境中。两类白云岩阴极发光都发弱—中等橘红色光,说明白云岩化流体都具有海源特色。(6)通过岩石学观察及地球化学资料综合分析,马家沟组主要成岩作用类型有白云岩化作用,胶结作用,压实压溶作用,重结晶作用,膏化作用,溶蚀作用,去膏化作用及去云化作用等,考虑油气勘探实用性、成岩作用特殊性和优势岩石体在古隆起周缘共划分出7个成岩相。(7)在岩石学、地球化学及成岩作用特征研究基础上,依据“水文体制”特点在马家沟组划分出成岩流体性质、水-岩作用过程、成岩作用方式及产物、地球化学特征各异的准同生近地表咸化海水、早成岩浅埋藏封存卤水、表生期地表大气淡水和晚成岩中-深埋藏压实温压水4个成岩系统,表生期大气淡水成岩系统溶蚀作用、晚成岩温压水成岩系统埋藏白云岩化作用和深部溶蚀作用对马家沟组储集空间最终形成具有建设性意义。