准噶尔盆地吉木萨尔凹陷二叠系芦草沟组是中国陆相致密油勘探的重要目标。由于芦草沟组岩性极为复杂,在致密油的开发中产生了较多的矛盾,其中复杂岩性的沉积特征、不同岩性的微观孔喉结构及致密化机理是亟待解决的难点。本文以现代咸化湖沉积理论为指导,综合利用岩心、钻测井资料、高精度地震资料、实验室分析化验等多种资料,对芦草沟组岩石相类型进行细分,对混合沉积特征、不同岩性孔喉特征及成岩作用规律等进行研究,揭示芦草沟组致密储层的混合沉积特征及储层致密化机理。本文研究既能够在油田的实际开发中提供重要的地质依据,又能够在一定程度上丰富致密油储层理论认识。通过岩心观察、铸体薄片、扫描电镜及X射线衍射矿物分析,认为吉木萨尔凹陷二叠系芦草沟组广泛发育典型的咸化湖相混合沉积。陆源碎屑岩、碳酸盐岩及火山碎屑岩构成交互沉积层系,同时多组分构成混积岩。将芦草沟组50余种复杂岩性合并归类为8种岩性;提出了3种混合沉积类型,分别是相缘混合沉积、母源混合沉积和突变式原地混合,明确了芦草沟组咸化湖背景的“多源同期、混合沉积”的形成机制。根据扫描电镜,CT三维成像、高压压汞、恒速压汞实验数据揭示了芦草沟组8种典型岩性的孔喉结构特征及其对物性的贡献。认为芦草沟组致密油储层以多种溶蚀型孔隙和少量微裂缝为主要储集空间,微纳米孔隙占主体,孔喉半径在数百微米至数十纳米的区间内连续分布。凝灰质粉砂岩、白云质粉砂岩和粉砂质白云岩是物性最好的优势岩性。孔喉结构控制了储层的渗透性及含油性,优势岩性峰值孔喉半径大、分布范围宽,其中喉道尺寸、主流喉道半径及有效喉道体积对渗透率大小起关键作用。基于碳氧稳定同位素、包裹体均一温度等多类实验数据,明确了芦草沟组碎屑岩成岩作用类型包括压实作用、硅质胶结、碳酸盐胶结(主要为方解石、白云石和铁白云石)、长石及凝灰质溶蚀、以及黏土矿物胶结。胶结矿物的物质来源于原始地层水、黏土矿物转化及易溶组分溶蚀过程、紧邻泥岩的压实排水作用。芦草沟组整体上存在两期碳酸盐胶结、两期黏土矿物胶结、一期硅质胶结、两期溶蚀作用;油气充注晚于第一期碳酸盐胶结及硅质胶结,早于第二期碳酸盐胶结及长石溶蚀;生烃排除的有机酸造成了长石和凝灰质组分的溶解,在局部阻止了由于胶结和压实而导致孔隙度降低;碳酸盐胶结作用明显降低了孔隙度和渗透率,而粘土矿物的胶结作用对储层物性控制不明显。岩性差异、压实作用、胶结作用早于并强于溶蚀作用是导致芦草沟组储层致密的根本原因。总结出了芦草沟组4种储层致密化类型,分别为碳酸盐岩弱溶蚀致密、富塑性岩屑粉砂岩强压实致密、正常压实方解石强胶结致密、以及碳酸盐胶结+黏土矿物胶结耦合叠加致密;并总结出了3种物性甜点成因类型,分别为局部超压与早期绿泥石保护、第Ⅰ期强溶蚀增孔模式和2期溶蚀叠加增孔。