陆上海相深层碳酸盐岩层系是目前油气勘探的重心。鄂尔多斯盆地北部奥陶系马家沟组主要发育的岩溶孔洞-洞穴型储层和白云岩基质型储层,这两类储层一直是油气勘探开发的研究重点。本文以鄂尔多斯盆地北部下古生界马家沟组作为研究对象,重点针对杭锦旗地区马四段、大牛地地区马五6亚段和马四段的储层进行研究。旨在建立下古生界复杂碳酸盐岩储层的分类方案,明确各类储层形成机理和主控因素,预测储层发育的有利区,为盆地下古生界的勘探开发工作提供方向和思路。通过对储层岩性和电性特征的综合研究,明确岩性组合和沉积微相。在对储集空间进行分层次、多尺度表征的基础上,建立储层孔隙度计算模型和储层类型划分标准。根据不同类型储层的地化特征、孔隙类型、成岩作用,明晰不同储层的成岩演化过程。结合主要的成岩作用和沉积环境,总结各类储层的形成机理及主控因素,根据主控因素对储层发育有利区进行预测。马家沟组沉积层状的石灰岩、白云岩、蒸发岩,及过渡岩性。白云岩包括粉晶白云岩、泥-微晶白云岩、含膏白云岩、膏质白云岩。纵向上发育潮间带和潮下带的岩石组合。沉积及地化特征均证明了:碳酸盐岩岩性受海水盐度的控制,马家沟组白云岩形成于近地表盐度较高的海水环境,为渗透回流白云石化成因。充分考虑储层的非均质性,在分层次多尺度储集空间表征的基础上,对测井和多种孔隙表征结果的分析,建立了马家沟组储层的孔隙计算模型。基于孔隙形成机理及类型,将马家沟组的碳酸盐岩储层的划分为白云岩孔隙型储层,洞穴型储层、角砾岩裂缝-孔洞/孔洞型储层。白云岩储层均为孔隙型储层,在大牛地马五5、马四2均有分布。储层岩性为粉晶白云岩,储集空间以晶间孔为主。沉积环境的开放程度改变了水体盐度和碳酸盐岩的岩石组分。白云石化程度随流体的运移逐渐减弱,白云石含量随之降低。只有发生恰当的白云石化时,白云石化才能对储集空间的形成产生贡献。因此,白云岩化程度是白云岩孔隙型储层的主控因素。角砾岩储层包括裂缝-孔洞和孔洞型储层,储集空间为未被完全充填的膏模孔和晶间溶孔。大牛地区块马五6中发生顺层岩溶,岩石成分的不同导致了溶蚀效果的差异性,形成不同种类的角砾岩。角砾岩组合互相叠置,对组合方式进行归纳和总结得到:裂纹-镶嵌角砾岩+颗粒支撑紊乱角砾岩、裂纹-镶嵌角砾岩+杂基支撑紊乱角砾岩、颗粒支撑紊乱角砾岩+杂基支撑紊乱角砾岩、颗粒支撑紊乱角砾岩+洞穴砂砾岩、杂基支撑紊乱角砾岩+洞穴砂砾岩、裂纹-镶嵌角砾岩+洞穴砂砾岩,六种组合模式。平面上,大牛地北部、西部、南部的马五6均以裂纹镶嵌角砾岩+颗粒支撑紊乱角砾岩为主,从北到南地层底部未扰动的原岩含量逐渐增加。从西道东东方向,岩石角砾化程度越来越高,裂纹-镶嵌角砾岩含量逐渐降低,东部主要的角砾岩组合类型为裂纹-镶嵌角砾岩+杂基支撑紊乱角砾岩。优质的角砾岩储层常以裂纹-镶嵌角砾岩+颗粒支撑紊乱角砾岩的角砾岩组合的形式出现,其中,裂纹镶嵌角砾岩具有最好的储集物性。裂纹镶嵌角砾岩占比大于50%且累计厚度大于10m区域具有较好的储集物性。平面上,大牛地北部及西部的储集物性普遍好于南部和东部。含膏白云岩形成于海退早期的潮间云坪中,是角砾岩储层形成的基础。石膏、石灰岩和白云岩的易溶程度依次降低,当流体对石灰岩和白云岩饱和时仍可以对地层中的石膏进行溶蚀,石膏遇水膨胀产生的微裂缝有利于溶蚀作用的进一步发生。综合储层形成机理、角砾岩分布及物性特征可知,角砾岩储层的分布受沉积微相和岩溶相的控制。洞穴型储层位于杭锦旗地区马四段巨厚的泥晶灰岩中,未被完全充填的大型洞穴是主要的储集空间。洞穴系统由不同角砾岩组成,具有一定的分布规律。古岩溶洞穴系统从下到上依次发育洞穴垮塌相和暗河沉积物充填相的相互叠置、洞穴未充填相、洞顶相和洞壁相。其中,洞穴垮塌相由颗粒支撑紊乱角砾岩组成;暗河沉积物充填相由洞穴砂砾岩和杂基支撑紊乱角砾岩组成,洞顶相和洞壁由裂纹-镶嵌角砾岩组成,未充填的洞穴发育只存在于裂纹镶嵌角砾岩的下方。洞穴的形成与距基准面的距离有关。石灰岩岩性致密,淡水由地表向下运移至潜流带后,在横向运移过程中对周围石灰岩造成大规模溶蚀,形成具有成层性的洞穴型储层。随着构造抬升,潜水面位置发生变化,杭锦旗马四段内部可以识别出三层洞穴。当洞穴处于沟谷地貌时,上部的洞穴容易受到河流下切作用的剥蚀,不易保存。由此可知,潜水面的位置和古地貌是泥晶灰岩洞穴型储层发育的主控因素。本文针鄂北马家沟组碳酸盐岩储层进行了分层次、多尺度的精细刻画,对喀斯特作用形成的角砾岩的分布规律及储集物性进行了总结,研究工作填补了前人研究工作的不足,是探讨碳酸盐岩储层的分类、成因、及预测的重要基础。研究成果扩展了鄂尔多斯盆地下古生界碳酸盐岩储层的勘探范围,具有重要意义。