陆源碎屑岩和碳酸盐岩的混合沉积是陆表海重要的沉积现象，反映了其沉积特征。晚石炭世-早二叠世华北克拉通盆地的沉积，由碎屑岩和灰岩组成，为陆表海陆源碎屑- 台地碳酸盐混合沉积。大牛地气田当时位于华北陆表海西段的北缘，跨越海岸平原-滨岸地区，为陆表海-海岸平原格局，形成了碎屑滨岸-碳酸盐台地混积体系和陆表海海岸平原沉积体系格局。综合区内近90 口探井和数百口开发井的地质录井和测井资料研究，确定了上石炭统-下二叠统岩性组合和旋回特征，结合区域沉积演化和山西太原西山典型剖面以及邻区的地层划分，对区内本溪组和太原组地层进行了划分。通过研究区大量钻井地质录井、测井资料的观察、描述、解释和对比研究，依据岩石组合、沉积构造、剖面结构和测井相组合特征，结合邻区及区域上本溪组、太原组的岩性组合及展布特征和华北晚石炭-早二叠世克拉通盆地区域地质背景及其环境格局和沉积演化的研究，建立了陆表海海岸平原、碎屑滨岸- 碳酸盐台地混积层系沉积相及其模式。认为大牛地气田本溪组、太原组系陆表海碎屑滨岸－碳酸盐台地混积体系和海岸平原沉积体系：本溪组下段为碎屑滨岸相局限浅海亚相，上段为碳酸盐台地相和碎屑滨岸相；太原组下段为三角洲相和碎屑滨岸相→碎屑滨岸相；中段为盆控型泥炭沼泽相→碳酸盐台地相和碎屑滨岸相；上段为三角洲相和碎屑滨岸相相→碳酸盐台地相和碎屑滨岸相→三角洲相和碎屑滨岸相→碳酸盐台地相和碎屑滨岸相。依据本区晚石炭世-早二叠世经历的六次海侵海退，结合区域演化史，分析了大牛地气田晚石炭世-早二叠世沉积演化史。