近年来在鄂尔多斯盆地奥陶系马家沟组内幕(盐间及盐下段)取得了天然气勘探突破,深入研究天然气形成及演化过程对内幕天然气勘探具有重要意义。以大牛地马家沟组气田为研究对象,通过对内幕岩心、薄片中沥青的识别,烃类包裹体的产状及拉曼光谱测试,以及天然气地球化学指标分析,确定马家沟组天然气成因;综合油裂解气的形成条件以及区域埋藏史和热史模拟结果,分析马家沟组内幕油气形成和演化过程。研究表明:大牛地气田马家沟组缝洞储层中见沥青充填,方解石脉中也捕获了油、气和沥青三相烃类包裹体,均证实了存在油裂解气过程。马家沟组内幕天然气以油裂解气为主,主要来源于马三段沉积期膏盐洼海相烃源岩;早侏罗世烃源岩大量生油,早白垩世油裂解生成气,而且油气发生了TSR反应。受区域埋藏史和热史控制,研究区马家沟组烃源岩具有南部成熟早、北部成熟晚的特征,天然气具有沿区域走滑断裂由南向北运聚的趋势。