Marsel探区位于丝绸之路经济带哈萨克斯坦南部楚-萨雷苏盆地,下石炭统碳酸盐岩储层中天然气资源丰富,但目前对其烃源岩地球化学特征、储层分布发育规律的认识尚不清楚,阻碍了进一步的天然气勘探。本文从烃源岩和储层两个角度出发,采用地球化学和岩石物理相关分析手段,结合测井以及岩心观察、沉积、构造基础地质资料,研究了下石炭统泥灰岩的生烃潜力、沉积环境与有机质来源,恢复了单井埋藏史、热史与生烃史;明确了储集空间类型、总结了不同类型储层的微观孔隙结构特征及其控制因素;并讨论了控制天然气分布的因素。研究表明,下石炭统谢尔普霍夫阶和维宪阶烃源岩均以III型干酪根为主,倾向生气,目前处于成熟-高成熟阶段,发育于强还原向弱氧化过渡的海陆交互相沉积环境,有机母质呈现出陆源高等植物输入为主,且与低等水生生物混源的特征;受深埋藏和高热流控制,烃源岩在二叠纪时期快速成熟,二叠纪末期由于构造抬升,生烃速率迅速下降。下石炭统储层类型多样,可划分为微米级孔喉为主的溶蚀孔洞型储层、亚微米-纳米级广布的裂缝型储层和纳米级致密孔隙型储层三种。粘土矿物含量越高,纳米级孔隙非均质性越强;石英含量越高,微米-亚微米级孔隙非均质性越强;而随着白云石含量升高,不同孔喉半径的孔隙非均质性均变弱。邻近排烃中心区、东部挤压断裂区、白云岩化发育区、高能相带分布区是天然气富集的有利区。