致密砂岩油气作为全球重要的非常规化石能源领域,相继在我国及全球各大含油气盆地中已有重大发现,其资源潜力巨大。前人研究已经证实盆地埋藏过程的差异对致密砂岩天然气成藏过程及成藏模式有至关重要的影响,砂岩孔隙动力学研究对探索致密砂岩孔隙度演化过程和成藏动力学机制有重大理论意义。然而本领域存在以下三个关键科学问题,其一,目前砂岩压实过程及机制的研究仍沿用泥岩压实理论,并未考虑砂岩自身的特殊性开展砂岩压实的深入研究;其二,不同埋藏过程盆地的砂岩压实差异程度及孔隙度差异演化机制缺乏系统性研究;其三,在不同埋藏过程背景下,砂岩孔隙动力演化过程研究缺乏合理且有效的手段,致使致密砂岩成藏动力学研究仍需进一步深化。针对上述三个关键问题,论文运用地层孔隙动力学原理和方法,对典型埋藏过程的盆地理论分析,并结合地质、录井岩心薄片和测井等资料的验证,旨在阐明砂岩压实过程及压实机制;通过对理论模型分析和数值模拟对比的方法,建立两类不同埋藏过程典型盆地致密砂岩孔隙度差异模式;运用多种方法综合重建了两类不同埋藏过程典型盆地致密砂岩地层压力差异演化模式,建立两类盆地致密砂岩天然气充注过程。取得以下三项成果。提出砂岩透镜体“旋回式压实”新模式。通过对不同地层结构的压实过程进行理论对比分析,指出由于砂岩透镜体压实过程中,砂岩和泥岩排液相互作用会导致“排液双阻”现象;基于定量孔隙度统计,证明砂岩透明体存在“非均衡压实”特征,并对砂岩进行压实实验模拟,证实深层砂岩仍存在非均衡压实作用;提出沉积盆地砂岩透镜体压实均存在“压实旋回”的过程;指出了两类典型盆地砂岩发育存在“多旋回”压实模式的动态发育机制。提出了埋藏过程控制砂岩致密程度的新观点。基于砂岩孔隙度演化双元函数和化学动力学,理论上指出时间因素是控制砂岩埋藏减孔的重要因素之一;并基于全球致密砂岩储层统计,证实时间对砂岩致密化过程有重要贡献意义;通过双元函数计算表明,在等埋深和等时间条件下,早期深埋型盆地的减孔量大于晚期深埋抬升型,在鄂尔多斯盆地自西向东的典型井砂岩压实程度对比中得到验证。通过对深埋型和抬升型盆地致密砂岩压实特征分析,提出深埋型“高幅双峰式”砂岩透镜体压实模式和抬升型“低幅双峰式”砂岩透镜体压实模式;并在此基础上对两类盆地致密砂岩孔隙度演化过程进行重建,明确了埋藏后期的抬升剥蚀作用对致密砂岩储层孔隙发生回弹,最终建立了两类盆地砂岩演化的差异模式,即深埋型“早期分段减孔—晚期深埋减孔”的致密砂岩孔隙度演化模式,抬升型“早期持续减孔—晚期回弹增孔”的致密砂岩孔隙度演化模式。建立两类典型埋藏过程盆地砂岩古压力演化模式,提出了深埋型和抬升型盆地致密砂岩天然气充注动力学差异特征;运用基于颗粒应力的地层压力计算模型,克服了传统的等效深度法存在的不合理性;以颗粒应力法为主,并结合Petro Mod模拟法和流体包裹体法恢复古压力法,建立深埋型和抬升型两类盆地砂岩地层压力演化模式,即深埋型盆地“早期低幅度增压—晚期持续高压”的演化模式和抬升型盆地“早期多段式增压—晚期抬升泄压”的演化模式;发现鄂尔多斯盆地鄂东地区上古生界地层在中侏罗纪至晚白垩纪期间存在超压,早白垩纪之后发生大规模抬升剥蚀,导致盆地现今以常压和负压特征;在此基础上构建了两类埋藏过程盆地致密砂岩天然气充注静力平衡方程,结合天然气充注期次研究,建立了两类埋藏过程盆地的致密砂岩天然气充注模式,深埋型盆地砂岩以“持续充注”为特征,抬升型砂岩天然气以“分段充注”为特征。