致密油作为最现实、潜力巨大的非常规油气资源,已成为油气增储上产的重要领域。致密油具有源储共生、呈连续性或准连续性分布、没有明显的圈闭界限等特点,因此,寻找储层是致密油勘探开发的关键。致密油储层岩石类型复杂,成岩改造强烈,储集空间多样,含油非均质性强,增大了勘探开发的难度。成岩作用和成储机制是造成储层非均质性强的关键因素,是致密油储层研究的核心和难点。本论文以吉木萨尔凹陷二叠系芦草沟组致密油为研究对象,在致密油储层沉积特征和储集性能表征的基础上,结合储层成岩作用特征及机理研究,分析致密油储层储集空间的形成演化及其与成岩演化的关系,明确致密油成储类型与机制,建立芦草沟组致密油成储模式。吉木萨尔凹陷二叠系芦草沟组岩性复杂,主要发育泥晶云岩、粉砂质云岩、云质粉砂岩、粉砂质沉凝灰岩、凝灰质粉砂岩、凝灰质云岩等岩石类型。致密油储层主要发育在云质粉细砂岩、凝灰质粉砂岩和凝灰质云岩三类岩石中。这三类储层储集特征差异显著,凝灰质云岩储集空间主要为凝灰质溶蚀孔隙和火山物质脱玻化作用形成的孔隙;孔隙和喉道半径小,孔喉半径比大;孔喉连通性较差。凝灰质粉砂岩储集空间以长石、中基性火山岩岩屑及粉级凝灰质强烈溶蚀形成的孔隙为主;孔隙半径分布范围广,孔隙半径小,喉道半径中等,孔喉半径比小;孔喉连通性中等。云质粉细砂岩储集空间以长石、安山岩岩屑溶蚀孔隙为主,其次为剩余粒间原生孔;孔隙半径较大,喉道半径大,孔喉半径比小;孔喉连通性较好。对于复杂多组分储层,不同储层中成岩作用及机理差异较大。凝灰质云岩致密油储层以中基性火山物质脱玻化和强烈溶蚀作用、自生石英沉淀为特征,伴随钠长石和蒙脱石形成,并发生蒙脱石向绿泥石的转化;自生硅质主要来源于凝灰质脱玻化和溶蚀作用、生物硅质和粘土矿物转化。凝灰质粉砂岩储层以长石和凝灰质受早期地层水及邻近层内有机质演化形成的有机酸和CO₂的强溶蚀为特征,相对半开放体系中少量钠长石和自生石英沉淀;Na HCO₃型地层水以及蒙脱石发生伊利石化和绿泥石化过程,促进钾长石溶蚀和钠长石的沉淀。云质粉砂岩以长石和岩屑中等-强溶蚀、发育石英加大边和碳酸盐胶结物为典型特征。石英加大边形成温度分布范围广,从65℃到115℃内均有分布,反映持续沉淀的过程,其硅质主要来源于长石溶蚀和石英压溶作用,其次为凝灰质溶蚀作用。碳酸盐胶结物类型多样,早期强胶结碳酸盐主要来源于原始沉积地层水中的Ca²⁺,C主要来源于微生物发酵作用,而晚期含铁碳酸盐胶结物中δ¹³C负偏,受有机质脱羧作用的影响,同时火山物质溶蚀为碳酸盐胶结提供大量的Ca²⁺、Mg²⁺、Mn²⁺、Fe²⁺等物质。致密油储层根据源储配置关系分为源储一体和源储互层型致密油。源储一体型致密油主要存在于细粒富凝灰质岩石中,以泥质沉凝灰岩、凝灰质泥晶云岩为典型代表;源内成储,火山物质加速有机质生酸、生烃过程,将烃源岩的生油窗提前,火山物质溶蚀形成主要的储集空间,并发生早期低熟油充注,原油多以吸附态赋存于纳米孔中;同时,层理缝和缝合线发育,也可为致密油提供储集空间和运移通道。源储互层型致密油主要发育在粗粒贫火山尘储层中,以云质粉细砂岩、凝灰质粉砂岩为典型代表;邻源成储,长石、凝灰质等不稳定组分受有机质热演化有关的酸性流体的强烈溶蚀,形成主要储集空间,火山物质脱玻化作用增孔效应也较显著。原油主要以游离态赋存在孔隙中或沿纹层缝及有利纹层顺层分布、运移。芦草沟组烃源岩从晚三叠世开始进入生烃门限,中侏罗世开始大量生烃,之后持续生烃并充注。一定源储配置下,有机质早期生烃和持续充注、凝灰质和长石等溶蚀成孔过程、生烃超压和早期油气充注保孔等时空匹配共同控制了致密油储层的成储机制。