鄂尔多斯盆地是我国大型含油气盆地,目前发现的天然气储量十分丰富,位于盆地东南部的延长探区上古生界天然气勘探取得了显著成果。尽管目前对沉积储层特征、气藏富集规律有一定的认识,但因上古生界气藏分布面积广、层位分散、储层致密、地质历史复杂等原因,在成藏主控因素、成藏规律以及天然气的勘探潜力评价等方面的研究仍然较为薄弱。本论文在总结前人已有研究成果和分析新的勘探资料的基础上,综合利用显微镜观察、测井解释、分析测试等多种手段,研究了上古生界天然气储层的沉积相、岩石学、物性、非均质性、盖层等成藏要素,明确了各成藏要素对天然气成藏的影响,建立了上古生界天然气成藏模式,进一步明确了研究区天然气富集规律。取得以下主要认识:(1)明确了鄂尔多斯盆地东南部发育南北两大物源和三角洲沉积体系。三角洲体系向中南部宜川—富县一带延伸汇聚,三角洲前缘砂体分布规模逐渐加大,至盒8时期达到鼎盛,覆盖全区。(2)分析了研究区上古生界砂岩的成岩作用和成岩相分布,认为溶蚀孔隙粘土矿物+硅质胶结强溶蚀相为最有利成岩相带,溶蚀作用强,孔隙发育,气产量高;碳酸盐胶结物量高,孔隙不发育,基本不含气。(3)建立了泥岩盖层排驱压力与声波时差之间的函数关系式,计算出泥岩盖层的排驱压力值,定量分析了排驱压力与含气性之间的关系。经研究,研究区排替压力主要的区间范围为9-11MPa,在排替压力由低到高的转折部位(9.5-10MPa),天然气富集较好,盖层的封闭性能好,油气产能好。(4)泥岩压实研究表明,过剩压力最大值一般出现在上石盒子组,其形成的压力封存箱顶部超压体在区域上分布稳定性与连续性好坏与天然气富集程度高低相一致。西部地区压力封存箱顶部超压体横向分布稳定,连续性较好,天然气富集表现为相对高丰度和高产量。(5)总结了天然气成藏地质特征及富集规律,认为多层位砂体垂向叠置、横向连片提供了巨大的储集空间,上古生界顶部巨厚泥岩盖层提供了良好的保存条件,压力封存箱的稳定性影响天然气富集程度。