长期以第三系油气勘探为主的南堡凹陷及其周边地区,近10年开始向古生界碳酸盐岩储层延伸拓展,然而对寒武系—奥陶系碳酸盐岩地层,沉积环境演化及储层分布规律较低的认识程度,成为目前限制古生界油气勘探的主要原因。结合露头剖面实测描述、井下岩心及镜下观察、地球化学数据分析、地球物理测井解释等多种研究方法,对南堡凹陷及其周边地区寒武系—奥陶系碳酸盐岩沉积环境演化及储层特征进行综合研究,为古生界沉积环境研究提供帮助的同时,也为区域碳酸盐岩油气勘探提供有用线索。以南堡凹陷及其周边地区古生界寒武系—奥陶系野外露头实测为主,井下岩心观察为辅,在沉积学、岩石学、碳酸盐岩储层、潜山油气成藏、层序地层学等理论基础上,结合牙形石采样、碳氧同位素及钻测井层序分析,以旋回地层学为主要研究方法,对南堡凹陷及其周边地区寒武系—奥陶系进行层序界面类型识别以及层序地层划分,将寒武系—奥陶系划分出12个三级层序并建立层序地层格架,为井下地层对比与储层分布预测提供依据。在层序地层框架下研究沉积趋势变化,建立华北地区寒武系—奥陶系8种沉积模式。以张夏组沉积末期为界,中下寒武统为缓坡台地/陆棚,上寒武统—奥陶系为镶边台地,沉积环境由府君山组—毛庄组及徐庄组—奥陶系分别发育1个开阔—局限的演变旋回。分析相关证据,总结南堡凹陷及周边地区寒武系—奥陶系沉积环境演化的主控因素,认为陆源物质供给丰度及碳酸盐岩加积作用是寒武系—奥陶系不同台地类型发育与演化的主要控制因素;寒武系—奥陶系多个三级层序的发育与演化受全球海平面变化主导;南堡凹陷及周边地区台内盆地深水沉积区是区域同生张断裂的重要沉积响应。对南堡凹陷及周边地区碳酸盐岩层段试油结果统计及储层差异性分析的基础上,在寒武系—奥陶系碳酸盐岩中识别出2大类5套潜在有利储层,即古潜山风化壳型储层、白云岩储层。总结分析各储层类型的主控因素及其发育分布特征,认为潜山风化壳型储层主要受岩性、岩溶、古地貌及断裂构造控制;白云岩储层则为准同生期白云石化作用、淡水淋滤溶蚀作用主控,后期埋藏成岩及热液溶蚀为辅助的控制特点。