鄂尔多斯盆地奥陶系盐下深层马家沟组马二、马三段的天然气成藏地质条件复杂,有利勘探方向不明确,导致盐下勘探暂未取得较大突破。为明确盐下深层天然气成藏地质特征,寻找新的勘探潜力区,通过钻井、地震、测井及分析测试资料,系统分析盐下深层成藏地质条件,揭示盐下试气效果不佳的地质原因,提出盐下深层天然气勘探的有利方向及成藏模式。结果表明:烃源岩、储层及断裂是影响盐下天然气分布的主要因素。盐下深层马二、马三段具有分区供烃特征,其中盆地东部以下古海相油型气供烃为主,甲烷碳同位素偏轻(-41.6‰);盆地中部以下古海相油型气和上古煤成气混合供烃为主,甲烷碳同位素值居中(-35.9‰);中央古隆起东侧可分为盆地西北部和盆地西南部,其中盆地西北部以下古海相油型气和上古煤成气混合供烃为主,甲烷碳同位素值居中(-38.7‰),而盆地西南部以上古煤成气供烃为主,甲烷碳同位素明显偏重(-32.2‰)。盐下储层类型较多,主要受古地貌、沉积相带控制,具有明显的区带性,优质储层以膏模孔、溶洞、颗粒滩孔等为主;断裂对于盐下天然气的运移和输导作用相对有限,马二、马三段普遍发育的膏盐层,塑性强、易形变,一定程度上阻塞降低了天然气在垂向、横向上的运移输导能力,导致盐下深层天然气丰度整体较低。综合分析提出了中央古隆起东侧侧向供烃、盆地东部自生自储型、盆地中部源储—断裂有效匹配等三个有利勘探方向,并建立了对应的成藏模式。