石炭系太原组是鄂尔多斯盆地大牛地气田主要的勘探目的层位之一,随着天然气勘探程度的不断深入,准确认识太原组的层序地层结构、沉积相类型和储集砂体分布是需要亟待解决的问题。经典层序地层学的核心是建立精确的等时地层格架,并在等时地层格架内进行沉积系统的研究,从而达到有效预测砂岩储层分布的目的。本文是以经典层序地层学和沉积学理论为指导,综合野外露头、钻井岩心、地震、测井、录井等多种资料,对石炭系太原组地层进行了等时地层格架建立,并以此为基础对太原组地层进行了沉积相研究,从而指出有利储集砂体的分布位置。在太原组地层三级层序界面识别的基础上,系统划分了太原组地层的层序和体系域构成。通过对重点井和连井剖面的层序地层划分对比,将太原组地层划分为两个三级层序,即太1段和太2段各为一个三级层序。层序一主要发育海侵域和高位域;层序二主要发育低位域、海侵域和高位域。根据太原组的层序地层特点建立了其层序地层格架及层序地层模式。研究认为太原组层序二的低位域发育下切谷,其发现对太原组地层下一步的气藏勘探具有一定的指导作用。以钻井岩心、测井、地震、野外露头、微观薄片等资料为基础,确定了研究区层序格架内的沉积相类型。研究认为层序一海侵域主要发育障壁海岸沉积,主要的沉积相类型为障壁岛、潮汐三角洲、潮汐水道、潮坪及泻湖;高位域主要发育泻湖沼泽沉积。层序二低位域为辫状河沉积,主要的沉积相类型为心滩;海侵域主要发育灰岩和泥岩沉积;高位域为滨浅海和滨岸平原沉积。层序一海侵体系域和层序二低位域储集砂体最为发育,其他体系域砂体皆不发育。通过对等时层序地层格架内沉积相的研究,明确了层序格架内的沉积相类型及砂岩、泥岩、煤层、灰岩的空间组合特征,并总结了太原组的气藏成藏模式。通过对太原组储集砂体物性控制因素的分析,总结出了砂岩颗粒粒度、颗粒成分等对储层物性的控制规律。根据沉积砂体的空间展布规律和储层物性控制因素分析的结果,对下一步勘探的有利区带进行了预测。