深层致密砂岩储层非均质性强,成岩—成藏过程复杂,油气分布不受局部构造控制,勘探难度大。本文采用岩心观察、露头实测及无人机数字建模、现代沉积考察、测井资料分析及多点沉积反演模拟等研究方法,综合分析砂体叠置结构样式、砂体原始物性分布及成岩演化结构非均质性,探索了一种砂岩原始物性恢复方法,恢复了辫状河砂体原始物性非均质性,阐明了研究区阿合组不同组分致密砂岩的差异性成岩演化,建立了深层辫状河储层结构非均质性及物性演化模型,预测了有利勘探区。阿合组发育七种岩相、四种相序组合,形成了五层各异的砂体叠置结构。七种岩相包括块状砾岩相、槽状交错层理含砾粗砂岩相、块状层理砂岩相、板状交错层理砂岩相、平行层理砂岩相、波状层理粉砂岩相和块状层理泥岩相,总体上为中—近源辫状河沉积。平面上,由北向南砂体厚度逐渐减薄,泥岩逐渐增厚;垂向上,由下而上,形成了厚层孤立型砂体—侧积型砂体—侧积和垂向加积型砂体—垂向加积型砂体—摆动型中薄层砂体五层层状结构,对应于5个砂组。自下而上,5砂组为孤立的、厚层河道砂体,岩性粗,河道间泥岩较厚;4砂组以侧积砂体为主,岩性较粗,泥岩厚度及发育位置不稳定;3砂组以垂向加积和侧积砂体为主;2砂组具有明显的垂向加积的特点,具有下粗上细的岩性组合特征;1砂组河流摆动频率高,沉积中薄层砂体。基于砂岩原始孔隙度的主要影响因素—颗粒堆积结构,提出了一种新的砂岩原始孔隙度计算方法。该方法综合考虑颗粒堆积结构、粒度分布曲线及颗粒形态,对复杂粒径组成的砂岩按粒径比值拆分为多个粒度正态分布的堆积单元,基于颗粒堆积模型,推导不同类型砂岩的原始孔隙度计算公式。利用分选好、磨圆好、球度均一的现代滨岸砂岩和文献中理论堆积实验的数据验证了该模型的可靠性,并推广至不同粒度组成特征的现代辫状河砂岩应用,计算的误差均未超过±3%,81%的样品计算误差在±2%以内,远低于传统经验公式的计算误差(55.6%超过±3%)。基于新的方法,恢复了现代及阿合组辫状河砂体的原始物性,砂体沉积结构对其原始物性分布具有明显的约束,辫状河道和心滩的中心部位原始物性好,孔隙度大于35%;心滩与辫状河道的接触部位存在孔隙度的低值区。4~6级界面附近发育原始差物性层,7级界面附近发育不均匀分布的原始差物性层,8~9级界面对辫状河砂体原始物性影响小。岩石组分是阿合组致密砂岩差异演化的重要影响因素,阿合组致密砂岩可划分为强钙质胶结砂岩(C类)、富刚性颗粒岩屑砂岩(A类)、富塑性颗粒岩屑砂岩(B类)、含塑性颗粒岩屑砂岩(D类)四类。阿合组经历了两期油气充注,不同类型砂岩的成岩、致密化及成藏过程差异明显。A、D两类为有效的致密气藏储层。A类砂岩,刚性颗粒含量高,裂缝发育,经历了两期或晚期油气充注;D类砂岩,早期钙质胶结弱,粒间和粒内溶蚀孔隙发育,压实作用是早期减孔的主控因素,储层物性较好主要与溶蚀作用有关;B类砂岩,塑性岩屑含量高,早期压实致密,含油气性差;C类砂岩,钙质胶结率高,物性差,含油气性差,存在早期致密、晚期致密两种成岩演化模式。储层结构非均质性是原始沉积结构、原始物性非均质性、致密砂岩岩石类型及成岩演化共同约束的结果。四类砂岩在不同叠置类型河流沉积体中的分布差异大,五层结构模型中的垂向加积型砂体以A类砂岩为主,早期物性较好,后期裂缝发育,早期及晚期油气非均质充注;侧积和垂向加积型砂体,以A类和D类砂岩为主,溶蚀孔隙发育,两期烃类充注均一。摆动型中薄层砂体中B类砂岩含量高,早期致密,油气充注不均一。砂体叠置样式导致原始、现今物性分布、演化过程及油气分布的差异。基于12期主河道发育位置的刻画和储层结构评价因子计算,预测了研究区致密砂岩气的有利勘探区。