以鄂尔多斯盆地东北缘临兴区块上古生界本溪组~上石盒子组为研究对象,分析了研究区本溪组~上石盒子组沉积环境、层序地层格架和典型层段砂岩发育特征,阐释了煤系砂岩储层特征垂向发育规律及其沉积控制。研究区本溪组~上石盒子组主要发育碳酸盐潮坪、障壁砂坝—泻湖,浅水曲流河三角洲、浅水辫状河三角洲、湖泊5种沉积相,8种亚相以及19种微相。根据二级和三级层序界面,将研究区本溪组~上石盒子组划分出陆表海缓坡盆地边缘型、陆表海缓坡型、陆表海衰亡背景下浅水曲流河三角洲型、缓坡浅水辫状河三角洲型和陆相湖盆浅水曲流河三角洲型等5个二级层序和21个三级层序,并建立了层序地层对比格架。基于层序地层格架,详细解剖了桥头砂岩、山2段砂岩、盒8段砂岩和盒4段砂岩等典型层段储层特征,结果显示四段砂岩各碎屑颗粒阴极发光相似、岩屑含量普遍较高,四段砂岩来自相似的母岩区。四段砂岩石英和长石含量,反映各段砂岩沉积时构造活动强弱所致母源物质的差异,对应于各层序的沉积背景。压实作用是四段典型砂岩储层物性变差的主因,胶结作用使各段砂岩储层进一步致密,溶蚀作用产生的次生孔隙是主要的孔隙类型,其与孔隙结构能较好的对应关系。本溪组~上石盒子组各层段岩性和物性在垂向上呈旋回性的变化,自下而上可分成Ⅰ~Ⅴ五个旋回,受层序格架界面边界关键层、沉积相和成岩作用的控制。第Ⅰ、第Ⅱ、第Ⅴ旋回内不建议合层开发;第Ⅲ、第Ⅳ旋回内可考虑合采。