鄂尔多斯盆地东北部大牛地地区奥陶系马家沟组马五5亚段为该区下古生界天然气勘探新层位,近年来备受专家学者关注,但是马五5亚段白云岩储层成因及分布规律一直未得到很好的解决。本文在专家前辈研究的基础上,以沉积岩石学、油气地球化学、碳酸盐岩储层地质学为理论指导,通过对钻井、岩心、测井、化验等资料的分析,对该地区奥陶系风化壳沉积相、古岩溶、古地貌、储层岩石学、储层物性、白云岩成因、白云岩储层分布规律及主控因素等做了系统研究。主要包括以下内容:(1)区域地质资料表明,研究区马家沟马五期为海退期潮坪沉积环境,发育潮坪相碳酸盐岩沉积。通过对岩心、薄片等资料研究,分析认为该区马五期马五5亚段岩性组成上以深灰、灰黑色泥微晶灰岩为主,水平纹层发育,属潮下带静水环境,发育潮下灰坪微相。(2)本文利用岩心、测井、化验分析数据等,对大牛地地区奥陶系风化壳岩溶标志、类型、垂下分带、发育期次等进行了研究,认为该区主要发育表生期古岩溶,存在三期岩溶旋回,而目的层马五5主要位于古岩溶第三期次垂直渗流带。(3)本文利用风化壳上覆地层厚度确定古地貌构造背景、风化壳残留厚度确定剥蚀或岩溶程度,并将二者有机结合研究古地貌形态。最终将该区古地貌划分为两个二级地貌单元岩溶高地和岩溶斜,岩溶斜坡划分为台丘、斜坡区、沟槽三个三级地貌单元。(4)研究区马五5段发育粉-细晶白云岩储层,主要孔隙类型为晶间孔、晶间溶孔,平均孔隙度5.56%,平均渗透率0.48×10-3μm2。通过岩性类型、结构、晶形、有序度、碳氧同位素等多方面与马五1+2段白云岩储层对比分析,结合白云岩分布特征,判断马五5白云岩成因为表生期混合水白云化用。(5)通过对研究区古岩溶、古地貌、目的白云成因及分布的综合研究,初步确定了马五5段白云岩储层的分布规律:①岩溶高地、沟槽的白云岩储层均较发育,岩溶沟槽白云岩储层的光电吸收界面指数较低,表明其白云岩白云化程度更高;②岩溶台丘、斜坡区白云岩储层发育较少,仅在局部潜坑发育的位置发育小规模的白云岩储层。