六盘山盆地作为白垩纪断陷盆地,与已获油气勘探突破的酒泉盆地和河套盆地具有相似的成藏条件,是鄂尔多斯盆地周缘及河西走廊构造带具有勘探突破潜力的重要盆地之一。通过整合野外露头、钻井、分析测试和最新物探资料(地震格架大剖面、时频电磁和二维地震重处理),系统评价了盆地白垩系油气成藏条件。研究结果表明:(1)下白垩统马东山组发育半深湖—深湖亚相优质烃源岩,其厚度为100~600 m,总有机碳(TOC)含量为0.08%~6.46%(平均为1.57%),镜质体反射率(R_o)为0.56%~1.12%(平均为0.88%),有机质类型以Ⅰ型—Ⅱ₁型为主,油气显示丰富,生油潜力大;(2)储层包括李洼峡组—寺口子组砂岩和马东山组页岩-泥灰岩2类,以清水营组厚层泥岩夹膏岩和乃家河组蒸发岩为区域盖层,形成自生自储自盖型与下生上储型2种成藏组合,发育构造、构造-岩性和岩性3类圈闭;(3)在六盘山盆地的4大生烃凹陷区(海原凹陷、固原凹陷、沙沟断阶和隆德凹陷,总面积为5 800km²),马东山组的石油原地资源量约为1.7×10~8t;(4)创新提出“烃源岩控藏、断裂-盖层匹配”的勘探思路,寻找靠近生烃中心的断裂、盖层发育区的构造圈闭群,重点突破烃源岩上部层位的中等—优质储层,优选出李俊地区、张易地区、杨郎南地区和城门沟地区4个有利目标区(总面积为1 700km²),为下一步盆地油气勘探突破提供了重要地质依据。