古岩溶地貌以及古岩溶洞穴的识别和预测一直是碳酸盐岩研究的热点和难点。鄂尔多斯盆地奥陶系海相碳酸盐岩古风化壳具有研究古岩溶及其控制因素的优越地质条件。本论文基于三维地震数据、岩心和钻测井资料，在古岩溶地貌单元钻测井识别、精细地震解释、地震正演模拟以及多地震属性分析的基础上，深入开展碳酸盐岩古岩溶地震地貌学研究，对鄂尔多斯盆地西缘天池井区奥陶系古岩溶地貌单元进行识别和表征，探讨古岩溶发育的主要控制因素。主要取得4方面成果：（1）研究区碳酸盐岩主要发育有古河流、岩溶坑、塔状岩溶、溶洞、峡谷和丘陵等地貌单元，并建立了研究区奥陶系碳酸盐岩古岩溶地貌模式；（2）研究区奥陶系古岩溶的测井响应具有井径扩大，声波时差增大或跳跃，自然伽马、自然电位、密度降低，双侧向电阻率降低特征；（3）通过正演模型研究，研究区碳酸盐岩古岩溶的地震波响应特征是：在岩溶顶面为弱振幅、弱连续反射，在溶洞内部具有一定反射和“短轴”杂乱的反射、强振幅、弱相干、强不连续、低速度；（4）沉积间断、古地形有利、古水系有利、岩性有利以及构造条件因素是研究区碳酸盐岩古岩溶溶洞形成的主要控制因素。在鄂尔多斯盆地西缘天池井区奥陶系开展碳酸盐岩地震地貌学研究有望推动该地区碳酸盐岩古岩溶发育和展布规律的认识，为该地区奥陶系古岩溶储层的横向预测提供地质依据。