南华北地区奥陶系以一套相对稳定的海相碳酸盐岩沉积为特征,多年来众多学者对其从各个方面进行了深入研究,在层序划分、沉积演化等方面取得了一系列成果。在油气勘探方面与相邻的鄂尔多斯盆地、北华北地区相比,虽然也有油气显示,但一直未获得重大的突破,这是由于一系列基础地质问题尚需深化、系统研究。为此,本论文在众多前人研究成果的基础上,以沉积学、层序地层学、岩溶学理论为指导,在对野外主干剖面实测、钻井岩心观察及测井资料综合分析的基础上,对南华北地区奥陶系进行系统深入的研究。在地层划分对比、沉积体系类型特征研究的基础上,开展层序地层学研究,首先识别出层序界面的物质表现形式有6种类型,分别为:不整合面、古喀斯特作用面、冲刷面、岩性岩相转换面、超覆面、最大海泛面。上述几种类型的层序界面可归结为3种成因类型:隆升侵蚀层序不整合界面、海侵上超层序不整合界面、陆上暴露层序不整合界面。在层序界面识别的基础上将奥陶系划分出3个超层序(SS1、SS2和SS3),进一步划分为9个三级层序(OSQ1-OSQ9),其中SS1超层序包括OSQ1和OSQ2两个三级层序,SS2超层序包括OSQ3、OSQ4、OSQ5、OSQ6和OSQ7五个三级层序,SS3超层序包括OSQ8和OSQ9两个三级层序。详细分析了层序地层单元的基本特征、叠置关系及空间分布规律,建立了研究区奥陶系的等时层序地层格架。对三级层序充填发育与构造层序的响应关系做了详细分析。OSQ1、OSQ2对应SS1超层序,反应了加里东运动Ⅰ幕,即怀远运动期盆地隆升速度较强,底界不整合起伏较大,盆地内部沉积速率小于沉降速率。OSQ3、OSQ4、OSQ5、OSQ6和OSQ7对应SS2超层序,为加里东运动Ⅱ幕的产物,该期受全球海平面上升影响,其隆升强度较Ⅰ幕要弱。OSQ8和OSQ9对应SS3超层序,对应于加里东运动Ⅲ幕强烈隆升的构造发展过程。以超层序体系域为单元,编制了研究区奥陶系超层序岩相古地理图,揭示了不同体系域期的层序岩相古地理特征及其演化。SS1海侵期主要沉积冶里组及亮甲山组下部地层,分布在温县-开封-商丘-永城-宿州一线以东北地区,为潮坪环境。SS1高位期沉积亮甲山组上部地层,沉积范围较冶里期进一步向北退缩,局限于商丘-永城-宿州以北的狭小地区,为局限台地的云坪环境。SS2海侵期沉积下马家沟组及上马家沟组下部一段地层,分布在渑池-汝州-霍邱一线以东北地区,主要为潮坪-局限台地环境。SS2高位期沉积上马家沟组二、三段地层,主要分布在登封-阜阳-灵璧一线以北地区,沉积环境更加局限,为潮坪-局限台地环境。强烈的构造隆升作用也为南华北地区奥陶系古岩溶发育提供了有利条件。通过野外露头剖面、钻井岩心观察及对测井资料的综合研究,奥陶系古岩溶表现为不整合面(风化壳)残积物、岩溶角砾、溶蚀孔洞缝等特征,主要发育于下奥陶统和奥陶系顶部。将奥陶系古岩溶划分为同生期、埋藏期和风化壳岩溶三种类型,不同类型岩溶受不同级别层序控制作用明显。其中同生期潮坪及台内滩型岩溶主要受高频旋回影响,粒内溶孔、铸模孔和粒间溶孔发育;同生期层间岩溶作用受三级层序影响明显,是膏溶角砾岩形成的主要因素;埋藏期岩溶主要受二级层序控制,有机溶蚀次生孔隙发育;风化壳岩溶发育程度和分布范围最广,主要受二级层序界面的形成控制。在上述基础上深入讨论了影响和控制层序格架内古岩溶发育的因素,其中构造、岩性、古气候和古地貌为主要因素。在综合分析古岩溶发育多种因素基础上,采用印模法首次对奥陶系两期风化壳岩溶古地貌进行了恢复。