鄂尔多斯盆地是中国天然气勘探最有潜力的盆地之一,其上古生界具有巨大的天然气勘探潜力。长北气田位于盆地东部,属于西倾单斜构造背景上的河道岩性-地层圈闭气藏,具有薄层、低孔、低渗、低压、低产和非均质性强等特点,开发难度大,尤其是利用水平井开发如此薄层的非均质性严重的河道砂岩气藏难度更大。随着该气田水平开发井的逐步实施,其含气砂体规模及砂体边界的不确定性以及由于各井块开发程度的不均一性而导致的地层压力不均衡等地质难题都日益显现出来,这些都给该气田的全面评价、水平开发井部署和井轨迹的调整带来困难,并可能引起更大的勘探开发风险。针对目前所存在的地质问题,本论文以63口钻井的岩矿资料和测井资料为主要分析对象,运用储层沉积学、层序地层学、测井地质学等多学科交叉的综合研究方法,对长北气田上古生界二叠系山西组2段进行沉积体系、层序地层、岩相古地理、砂体展布三维可视化、储层特征以及储集砂体综合评价和有利区预测等方面进行系统和深入的研究,为更有效地勘探开发长北气田提供科学依据。通过上述研究,本论文在以下方面取得了一些进展和创新:1.对长北气田山2段开展了精细沉积相研究,确定该地区山2段属于海相辫状河三角洲沉积体系,并对该三角洲沉积体系的各亚相、微相和砂体展布特征与演化规律进行了详细研究,建立了自北向南延伸的辫状河三角洲沉积模式。2.应用高分辨率层序地层学原理及其技术方法,对研究区山2段进行了高分辨率层序地层分析,划分出1个长期、2个中期、4个短期和9个超短期基准面旋回层序,详细描述了各级次基准面旋回层序的结构类型、叠加样式、沉积序列与分布模式,讨论了中期、短期和超短期基准面旋回结构与储层发育的关系。同时在高分辨率层序地层等时对比的基础上,建立了长北地区山2段高时间精度分辨率的等时地层格架,并在地层格架中对砂层、小层砂体、单砂体进行了劈分和等时追踪对比,提出了分别相当中期、短期、超短期半旋回的砂层(大尺度)、小层砂体(中尺度)、单砂体(小尺度)的地层单元划分方案。3.以高分辨率层序分析和地层等时追踪对比为基础,采用层序-岩相古地理编图技术,选择分别相当砂层和小层砂体级别的中期、短期半旋回为等时地层单元,编制了长北气田山2段短时间尺度的沉积微相分布图,并以相控建模为指导思想,结合序贯指示数学方法,依次选择分别相当短期和超短期半旋回级别的小层砂体和单砂体为等时地层单元,建立长北气田山2段短时间尺度的砂体三维可视化模型。在深入讨论中期、短期半旋回沉积微相分布特征的基础上,总结了砂体的成因类型、几何形态、平面展布和演化特点,深入分析了基准面旋回与储层发育和储层品质的关系,为进一步的高渗带预测和评价奠定了基础。4.深入细致地研究了长北气田山2段储层特征,在砂岩储层孔隙结构和物性分析基础上,确定储集空间以剩余原生孔隙和次生粒间溶孔为主,部分为破裂缝及粒缘缝,总体上属于低孔-低渗孔隙型储层;5.在总结成藏基本地质条件的基础上,选择砂体累计厚度、砂岩密度、钻遇率、物性和砂体空间展布特点等因素为综合定量评价指标,对长北气田山2段小层砂体和单砂层有利发育层位与相对高渗区带进行了定量评价,从山2段中评价出3个最有利小层砂体发育层位、5个最有利和4个较有利单砂体发育的层位,并在此9个单砂体发育的层位中预测了9个具备优越岩性-地层圈闭条件的相对高渗区带和单砂体连续叠置有利预测区。