鄂尔多斯盆地上古生界天然气资源丰富,二叠系山西组、下石盒子组第八段为该盆地主力含气层系。对二叠系山西组、盒8段沉积时期盆地沉积体系发育分布特征、优质储集层的发育分布规律认识还不十分清楚,是目前制约本区勘探部署的关键问题。本文以现代沉积学原理、层序地层学和储层地质学作为理论指导,综合利用露头、岩心、测井、薄片和室内分析化验等资料,结合沉积水槽模拟实验以及薄片鉴定、扫描电镜等微观分析手段,围绕沉积体系特征、相对优质储层成因及分布等主要内容开展研究。通过沉积相沉积环境判识,识别出冲积扇、河流、辫状河三角洲、曲流河三角洲以及湖泊等五大类沉积体系和相应沉积相类型,认为山西组沉积早期盆地南部存在海侵作用。在综合物源分析、古地貌和古水系恢复、层序地层划分对比的基础上,明确了各层序的沉积体系与沉积相分布,建立了SQ1～SQ4(山西组)“冲积—浅湖”和SQ5(盒8段)“冲积—漫湖”两类盆地沉积充填模式。综合分析物源、古地貌、古水系、各层序沉积体系和古地理特征,认为鄂尔多斯盆地山西组—盒8段沉积期发育大型坳陷浅水湖盆缓坡型源—汇系统。以北部阿拉善古陆—阴山山脉和南部秦岭—陇西古陆为两大主要物源区,SQ1～SQ4发育发育西北、正北、东北、西南和正南五大“湿地冲积扇—辫状河—曲流河—浅水三角洲—滨浅湖”源—汇系统;SQ5发育西北、正北、东北、西南和正南五大“半干旱冲积扇—辫状河—曲流河—漫湖”源—汇系统。借助沉积物理模拟实验,认识到大型坳陷浅水湖盆大面积砂体分布的控制因素包括盆地古地型平缓水体浅、湖平面反复升降、物源供给充足、多物源系统的交汇以及分期“接力搬运”作用等;提出了“河流水道与砂坝的频繁交替”、“上游河道改道砂体入湖”、“末端河道朵体侧向迁移”等大面积砂岩连片分布的三种沉积模式。通过对研究区储层的岩石学特征、储集特征和成岩作用研究分析,认为相对优质储层的发育受岩石相、沉积相和成岩相共同控制,相对优质储层分布于母岩岩性单一的物源体系、辫状河高能沉积相带和有利的成岩相带。