油气水分布关系一直是油气勘探开发中的难点和热点问题,尤其是气水关系复杂区的致密砂岩气藏,强非均质性低孔低渗储层中赋存两种不同相态的流体,分布规律通常十分复杂,而表征储层中气体分布的难度通常较大,因此,开展地层水的分布规律研究可以作为获取天然气分布情况的重要手段。天环北部位于鄂尔多斯盆地西北地区,上古生界烃源岩生烃强度低,山1-盒8段储层致密且非均质性强,气藏气水关系十分复杂,严重制约了勘探开发工作,因此开展该区地层水分布规律研究意义重大。本论文应用铸体薄片观察、扫描电镜、高压压汞、恒速压汞、核磁共振、气驱水物理模拟等关键技术,立足于研究区低生烃强度和致密储层两大背景,分析储层成岩改造致密化过程和地层水地球化学特征,精细表征储层微观孔喉结构和地层水微观赋存状态,研究气水宏观分布特征和控制因素,从微观和宏观两个维度对地层水的分布规律进行了系统的讨论,弄清了地层水地球化学特征与成因,提出4种地层水微观赋存状态并建立了赋存模式和分类标准,明确了气水分布主控因素和成藏机理,建立了宏观分布规律与微观赋存状态耦合控制的气水分布模式和气水产出机制模型,为气藏高效勘探奠定了基础,主要成果如下:1.研究区致密砂岩经历“压实作用主导、胶结作用恶化、溶蚀作用调整”的致密化过程,现今孔隙度为7.48%。压实浓缩和含钙矿物溶蚀是高矿化度Ca Cl₂型地层水的主要成因,胶结作用和吸附作用是Mg²⁺、Na⁺亏损的主要成因。地层水矿化度升高是Ca²⁺、Na⁺和Mg²⁺浓度持续增加,Ca²⁺百分比增长,Na⁺和Mg²⁺百分比降低的过程。地层水矿化度低、Mg²⁺百分比低的储层在成岩过程中压实和胶结作用弱,渗透率相对较高,而地层水Ca²⁺百分比高的储层中通常塑性岩屑含量高,抗压实能力弱,渗透率相对较低,此类储层中通常Na⁺百分比相对较高。2.基于气驱水核磁共振实验提出研究区致密砂岩储层中地层水具有束缚水、毛管水、自由水和吸附水4种微观赋存状态,束缚水赋存在微小孔喉控制的粒间孔和晶间孔,毛管水赋存在中孔中喉的溶蚀孔和粒间孔,自由水赋存在大孔喉的溶蚀孔和粒间孔,吸附水赋存在孔喉表面,孔喉半径截止值分别为0.1μm、0.26μm和0.28μm,渗透率截止分别为0.21×10^-3μm²、0.51×10^-3μm²和0.55×10^-3μm²,孔隙度截止值分别为5.86%、7.99%和8.18%,小于0.1μm的孔喉控制地层水微观类型,研究区中自由水占50%,毛管水占18%,束缚水占30%,吸附水占2%,启动压力梯度控制残余含水饱和度,研究区残余含水饱和度为32%。3.分析气水分布特征,明确了低生烃强度区气水分布主控因素和成藏机理。天环北部低生烃强度区致密砂岩气藏烃源岩控制纵向气水宏观分布,砂体尺度的微构造控制局部气水关系,砂体结构对含气饱和度具有一定控制作用,较好的储层物性是富气的必要条件,为近源砂体普遍含气,优质储层富集,远源小压差充注与大孔喉叠置型砂体耦合控制成藏。4.基于气水微观赋存特征和宏观分布规律,建立了微观-宏观耦合的气水分布模式和气水产出机制模型。山1段向上至盒8上段,气藏呈现由气层向含水气层、气水同层、水层逐步变化,由砂体普遍含气向大孔喉叠置型砂体高部位含气变化,含气饱和度降低并且依次出现吸附水、束缚水、毛管水和自由水的分布模式,天然气充注强度、储层孔喉半径、地层水微观类型和含水饱和度的动态关系模型控制了气水产出机制。