砂岩是我国分布最广、最重要的储集层之一，它包含的油气成分比较多，具有独特的颗粒结构和丰富的微观孔隙结构，因此对砂岩的研究是油气勘探开发中的重点工作。常规的物性分析方法只能分析砂岩孔隙的参数特性，不能体现空间中孔隙的结构，迫切需要建立砂岩三维微观模型来反映其储集性和渗滤特性。因此本文作者重点研究了通过SEM砂岩二维样本图象重建砂岩的三维孔隙和颗粒微观结构模型、测量三维参数并显示三维微观结构模型的理论与技术。 在对SEM砂岩二维样本图象进行分析时，本文作者在薄片结构上添加了一_级井段结构，便于进行二维多级分析；改进了传统的自动喉道分割方法和手工喉道分割方法，减小了自动喉道分割的错分率，提高了手工喉道分割的效率，使二维样本分析软件同时适用于孔隙分析和颗粒分析。 在砂岩样本随机建模中，本文作者分析了两种随机重建方法，研究了三维Voronoi模型重建法，提出了一种基于形态学的三维随机重建法。用本文的方法重建出的三维孔隙模型不仅整体视觉效果较好，孔隙结构参数、物性数据、二维分析数据三者间都有较高的相似性。 在对重建出的砂岩三维随机模型的参数分析中，采用回归相关分析法分析孔隙度的相关性，行程法考察孔隙在三维空间中的连通性。本文作者提出了一种新的基于三维数学形态学的测量孔隙配位数、喉道长度和宽度等参数的方法，通过测量和分析这些参数能很好地反映砂岩样本的渗透性能。 在三维显示中，本文作者研究了投影显示法，并分析比较了投影显示法与实体显示法及虚拟现实显示法的优缺点；提出了一种改进的虚拟现实的显示方法，用于砂岩三维模型显示时取得了很好的显示效果。