致密砂岩油气是我国非常规油气勘探最为现实的重点领域,储层研究是实现其高效勘探开发的关键。但是,致密砂岩成岩作用类型多样,孔喉结构复杂,储层致密化机理及油气聚集过程极其复杂,成储机制研究成为该类油气勘探中亟需解决的热点与难点问题。本论文以松辽盆地南部中央坳陷区白垩系泉头组四段致密砂岩为研究对象,综合运用岩心观察、薄片鉴定、QEMSEM分析、X-衍射分析、场发射扫描电镜分析、环境扫描电镜分析、物性测试、高压压汞分析、恒速压汞分析、图像分析、微米CT-扫描、阴极发光分析、电子探针分析、能谱分析、流体包裹体分析、碳氧同位素测试、接触角测试、颗粒荧光分析以及成岩作用数值模拟等技术方法,遵循“现象表征-本质探索-规律总结”的研究思路,在致密砂岩岩石学和储集性能精细表征的基础上,结合储层成岩作用特征及其演化过程研究,分析了致密砂岩储层致密化机理,确定了致密砂岩油气藏成因类型,探讨了砂岩储层致密化背景下的油气充注与聚集机理,明确了致密砂岩油气成储机制,建立了致密砂岩油气成储模式。致密砂岩岩石类型主要为岩屑长石砂岩和长石岩屑砂岩,成分成熟度低,结构成熟度中等。储层物性差,含油饱和度低,含油饱和度与储层物性之间无明显的相关关系;储集空间中原生孔隙与次生孔隙并存,含粘土矿物晶间微孔,微裂缝发育极少。储层孔隙以微米级为主,喉道以纳米级为主,发育微-纳米级孔喉系统,孔喉连通性差;孔喉半径分布范围广,分布曲线特征复杂,不同物性的致密砂岩储层,孔隙半径分布曲线相似,而喉道半径与孔喉半径比的分布曲线差异性较大。不同物性级别的致密砂岩储层,对渗透率起主要贡献的孔喉半径大小存在差异;渗透率主要由少量半径相对较大的孔喉所贡献,半径相对较小的孔喉渗流能力弱,但数量多、所占体积比例大,对储层储集性能贡献较大。致密砂岩中石英胶结物与碳酸盐胶结物发育,长石颗粒溶蚀现象普遍,自生粘土矿物充填作用较强。蒙脱石向伊利石转化和石英颗粒间的压溶作用为石英胶结物的形成提供了主要的内源物质;CO₂未充注区碳酸盐胶结物的形成主要受有泥岩中机质脱羧作用影响,外源铁方解石在砂体边缘形成了致密胶结层,远离泥岩的厚层砂体中部储层中碳酸盐胶结物含量较少;幔源-岩浆型CO₂充注区主要形成了铁白云石和片钠铝石等晚期碳酸盐胶结物。储层中长石溶解孔隙的形成时间早,溶解作用可能主要为发生于储层浅埋藏阶段的大气水淋滤,深层溶蚀增孔作用有限。根据自生矿物之间的交代切割与溶解充填关系,结合储层胶结-溶解作用机理分析,遵循成岩转化过程中的物质平衡原理,建立了松辽盆地南部白垩系泉四段扶余油层致密砂岩储层的成岩演化序列。结合主要成岩事件的物性贡献分析,恢复地质历史时期储层物性演化过程表明,压实作用是松辽盆地南部白垩系泉四段致密砂岩储层致密化的主导因素;内源石英胶结及其伴生的自生粘土矿物充填作用最终决定了致密砂岩储层致密化的形成;晚期外源碳酸盐胶结作用进一步强化了储层致密化程度,并且导致砂体不同部位物性发生分异。致密油气成储应该包括“致密储集体的形成”和“经历了油气充注聚集”两个主要方面的含义。具体来说,一方面是指砂岩储层物性降至致密储层的物性范畴,另一方面是指储层具有一定的含油饱和度值（但不强调其是否具有商业价值）。因此,致密砂岩成储机制的研究应该包括储层致密化机理（即砂岩储层如何致密）和油气充注与聚集机制（即含油饱和度值受何控制）两个主要方面。研究区致密砂岩储层中油气充注主要发生于大量石英胶结之后,整个油气充注过程发生于砂岩储层致密化的背景下,为典型的“先致密,后成藏”型致密砂岩油气藏。孔喉结构及其配置关系控制油气能否进入致密砂岩储层,而储层润湿性的改变则影响油气在致密砂岩储层中如何聚集。研究区实际地质条件下,致密砂岩油气成储的孔喉半径下限约为0.25-0.3μm,最有利于原油充注的孔喉体积比约为2.3-3.0。致密砂岩成岩演化过程中碳酸盐胶结物与自生绿泥石的形成,是储层中部分孔喉向亲油性转变并形成混合润湿性特征的主要原因。储层中碳酸盐胶结物含量约为4%-5%的部位,最容易发生油气聚集,形成含油饱和度高值区;片状富铁自生绿泥石存在的孔喉表面亲油性好,原油沿半径较大的孔喉进入储层之后,易向自生绿泥石含量较高的亲油性孔喉中发生优势聚集。储层孔隙流体矿化度越大,Ca²⁺和Mg²⁺等二价离子含量越高时,越容易吸引原油分子形成离子对,在亲水性孔喉表面发生共吸附,促进油气在致密砂岩储层中聚集。另外,沿基底断裂发生的局部幔源-岩浆型CO₂的充注,一方面可以改善储层物性,另一方面可以生成铁白云石等矿物,并增加储层孔隙流体矿化度,使储层中部分孔喉向亲油性方向转变,为油气聚集提供有利条件。