鄂尔多斯盆地东缘大宁吉县地区是中国煤层气勘探开发老区,具备丰富的煤系气资源,通过对研究区石炭二叠系本溪组、太原组和山西组地层进行沉积相分析,理清煤系泥页岩展布特征,并开展泥页岩储层评价,对未来煤系页岩气勘探开发提供参考。研究区位于大宁吉县地区西部斜坡带上,构造稳定,本溪组、太原组和山西组地层发育多套煤系泥页岩储层。本溪组地层受海进和海退的影响,为泻湖-潮坪-障壁砂坝沉积组合,灰岩、煤层和砂岩交替出现,地层厚度较薄。太原组为潮坪-泥炭沼泽-障壁砂坝沉积组合,有厚层灰岩出现,泥岩与砂岩多以透镜体或夹层形式产出。山西组地层为水下分流河道-分流间湾-泥炭沼泽沉积组合,平均可达72m,其中山2段发育多套泻湖、泥炭沼泽和分流间湾形成的煤层和深色泥岩,山1段沼泽不发育,以分流间湾形成的泥岩沉积为主。研究区山西组煤系泥页岩展布最好,泥页岩有机质类型为Ⅲ型母质起源,成熟度较高,达成熟-过成熟演化阶段,属于生气阶段晚期。泥页岩TOC均值为4.93%,山2段较山1段泥页岩有机质丰度高。山西组泥页岩矿物成分测试结果表明,泥页岩脆性指数均值为57%,石英含量高,黏土矿物中伊利石发育较好。常规孔渗测试、低温N₂、CO₂吸附和高压压汞等实验等结果表明,研究区山西组泥页岩属于超低孔超低渗储层,储层孔隙结构复杂,比表面粗糙,孔隙类型多呈两端开口平板状狭缝孔和圆筒孔的混合,孔径结构多以<50nm的微孔和介孔为主,孔径分布较为集中,此外,裂缝发育良好。对研究区孔隙空间控制因素分析,发现孔隙空间主要受控于脆性矿物含量和有机质丰度,微孔孔隙空间与TOC和黏土矿物呈正相关,与石英含量呈负相关。依据国内外泥页岩储层评价指标和现有研究区调研、测录井和实验资料,优选研究区评价指标。采用模糊数学多层次综合评价法和最优分割法,系统建立了大宁吉县地区山西组煤系泥页岩评价模型,并对山1段和山2段进行有利区优选。山2段Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型有利区均有分布,山1段不发育Ⅰ型有利区,山2段泥页岩储层优于山1段。