构造热演化史与上古生界天然气的成藏期次及其关系是鄂尔多斯盆地构造动力学学研究和油气勘探备受关注的热点问题。本文选择上古生界天然气多期次成藏特征明显的鄂尔多斯盆地东北部为重点研究地区,在对盆地东北部不整合-构造事件演化和现今地温场认识的基础上,重点通过磷灰石裂变径迹的热史模拟,恢复揭示了盆地东北部中新生代的构造热演化历史,并运用流体包裹体间接定年和自生伊利石直接定年的方法,探讨分析了盆地东北部上古生界天然气的成藏期次及其与热演化史的关系。(1)依据地层建造组合及其界面不整合关系,明确了盆地东北部中新生代不整合事件和构造层序格架,以及中生代盆地构造演化的三个阶段。(2)现今地温场研究结果表明,盆地东北部的今地温梯度分布在2.7～3.0℃／100m,热流值变化在58-70mW／m2,且具有南高北低的特点,主要受控于深部热流的变化。(3)通过AFT Solve热史模拟,探索构建了鄂尔多斯盆地东北部的构造热演化史模型,认为研究区存在燕山中期120±10Ma的构造热事件。结合古地温梯度演化表明：盆地东北部经历四个构造热演化阶段：三叠纪-晚侏罗世较低地温梯度背景下的缓慢增温构造热演化阶段；晚侏罗世-早白垩世高地温梯度背景下的快速增温构造热演化阶段；早白垩世-古近纪较高地温梯度背景下的地温渐趋降低的构造热演化阶段；古近纪晚期以来较低地温梯度背景下的快速降温构造热演化阶段。(4)含气砂岩伊利石定年和流体包裹体测温分析结果表明：盆地东北部上古生界至少存在三期的油气充注事件。早期油气充注事件主要发生在中晚侏罗世的175-155Ma,中期油气充注事件主要集中在早白垩世的135-125Ma；晚期油气充注事件主要发生在古近纪30Ma。(5)通过构造热演化史与天然气成藏期次的对比关系分析,认为盆地东北部燕山早、中期的增温过程与上古生界原生气藏的两期成藏事件密切关联,且燕山中期的构造热事件是促成研究区大规模天然气原生成藏的主要因素；后期显著构造抬升降温作用主要发生在在60-30Ma,由此引发了该区上古生界天然气的调整逸散和后期次生成藏。