鄂尔多斯盆地北部奥陶系具有丰富的油气资源,近年来,对大牛地气田的勘探研究主要集中在马五段,发现了马五5白云岩孔隙型气藏、马五6白云岩岩溶气藏以及马五7白云岩气藏。然而,勘探表明,马家沟组下组合中马四段、马二段也有良好的油气显示,具备良好的勘探前景。本文在复杂岩性识别的基础上,利用单因素分析、综合编图法研究各小层的沉积环境;通过露头观察、岩心和薄片鉴定结合地化资料明确主要成岩作用和白云石化机理;利用测井、地震资料和物性分析等判断研究区储层类型,分析储层形成机理和主控因素,然后预测下组合储层有利区域。论文取得了以下认识成果:（1）大牛地奥陶系马家沟组沉积环境为陆表海潮坪沉积环境,下组合发育潮间带和潮下带。在海侵时,海水循环通畅,水体盐度正常,潮下带占据较大范围,沉积岩性主要为灰岩。海退时期,蒸发较强,沉积环境较为局限,海水盐度增加,沉积环境转变为潮下膏盐湖,沉积膏盐岩。（2）马家沟组下组合在埋藏以后未经历地表裸露剥蚀过程,成岩改造作用没有工区内马五段复杂,相对简单。对储层的发育起建设性作用的成岩作用主要是白云石化作用、破裂作用和溶蚀作用。（3）马家沟组下组合物性整体较差,为低孔低渗或低孔中渗。马四段和马二段物性相对较好,马四段发育晶间孔隙型储层、裂缝-孔洞型储层,马二段发育裂缝型储层。马三段和马一段岩石致密,物性差,储层不发育。（4）马四1亚段的裂缝-孔洞型储层,受到岩相古地理和构造的双重控制,有利储层发育于D1-531井附近石膏和断层同时存在的区域。马四2亚段的白云岩晶间孔隙型储层,受到渗透回流白云石化作用的控制作用,有利储层发育在大牛地南部。马二段的裂缝型储层,主要受到断层的控制作用,有利储层主要分布在大牛地南部。本文详细探讨了下组合马四段和马二段的储层发育规律,为后期研究区油气勘探开发提供理论依据,具有重要的理论和实践意义。