本论文以鄂尔多斯盆地临兴地区上古生界致密砂岩为研究对象,基于野外露头、钻井岩心、测井、录井及生产动态资料,利用岩石薄片分析、粒度分析、全岩分析、粘土矿物分析、阴极发光、扫描电镜、流体包裹体分析、物性测试等实验手段,表征致密砂岩储层岩石学特征,构建物性分级岩石物理模型,厘定不同岩石成分组成对砂岩储层致密化的影响程度,探讨成岩作用、沉积作用和构造作用对砂岩储层致密化的影响,定量恢复致密砂岩储层孔隙度的演化过程,探究致密与成藏的耦合关系,总结煤系非常规天然气共生模式。岩石类型以长石岩屑砂岩和岩屑砂岩为主,杂基含量普遍较低,填隙物平均含量为13.0%,粘土矿物中伊利石含量最高。以中砂岩和粗砂岩为主,岩石支撑类型绝大多数为颗粒支撑,颗粒间的接触方式包括点接触、线接触、凹凸接触和缝合线接触,其中以线接触为主,胶结类型绝大部分为孔隙式胶结。典型层段内致密砂岩孔隙度平均7.39%,渗透率平均0.76 m D。储集空间类型以粒间溶蚀孔和粒内溶蚀孔为主。临兴地区致密砂岩中石英、长石、粘土矿物及碳酸盐胶结物与物性都具有一定的相关关系,黄铁矿、石膏、硬石膏等胶结物含量与物性之间无明显规律可循。对孔隙度而言,石英的影响程度大于长石、胶结物的影响程度,且粘土矿物的影响程度略大于碳酸盐胶结物;对于渗透率而言,石英的影响程度最大,粘土矿物次之,长石和碳酸盐胶结物影响程度最低。临兴地区压实作用强烈,压实率范围57.6～66.6%,为砂岩储层致密化的主要因素。胶结作用中碳酸盐胶结对砂岩减孔效应相对明显,溶蚀作用中长石溶蚀和碳酸盐胶结物溶蚀具有明显的增孔作用,部分石英颗粒表面可见溶蚀坑。沉积作用对致密砂岩储层物性的影响体现在物质分布、碎屑颗粒粒度及沉积相带的差异三个方面,特别是含煤地层,在早成岩阶段压实作用强烈,在中成岩阶段烃源岩有机质脱羧产生有机酸,对储层的溶蚀改造具有重要的作用。紫金山岩体周围高密度的构造裂缝具有连通孤立孔隙的作用,同时为酸性流体提高运移通道,不稳定矿物发生溶蚀形成的可溶物质可以通过此通道被带走,因而在一定程度上促进了溶蚀作用的发生。随着井位与紫金山岩体之间的距离不断增大,孔隙度整体上具有线性增大的趋势,渗透率整体上呈指数函数增大的趋势。在孔隙度演化规律为线性变化的前提下,临兴地区下石盒子组致密砂岩晚三叠-晚侏罗末期达到完全致密,此期间的压实作用、石英次生加大和碳酸盐胶结作用是导致砂岩完全致密的直接原因,其中碳酸盐胶结作用的减孔作用最为明显。山西组致密砂岩在晚三叠中期已经完全致密,压实作用是导致砂岩致密最主要的直接因素。太原组致密砂岩与下石盒子组类似,晚三叠-晚侏罗末期复杂的成岩作用导致砂岩孔隙度突破致密界限,降至6.8%,达到完全致密,期间的压实作用、石英次生加大和碳酸盐胶结作用是导致砂岩完全致密的直接原因,其中碳酸盐胶结作用的减孔作用最为明显。本溪组致密砂岩在晚三叠中期已经完全致密,其中压实作用的减孔作用更为明显。临兴地区下石盒子组发生了三次油气充注,充注时间分别位于早-中侏罗世、晚侏罗世和早白垩世。山西组经历了早侏罗世、早-中侏罗世和早白垩世三期成藏。太原组油气充注时间为早-中侏罗世。本溪组具有晚三叠-早侏罗世和早-中侏罗世两期成藏的特点。各层段致密砂岩气藏均具有先致密后成藏的特点,存在边致密边成藏的可能性。根据临兴地区上古生致密砂岩、暗色泥页岩和煤层的纵向分布情况,基于烃源岩、储集层和盖层的岩性差异及组合关系,将煤系气的共生组合关系简化为源储一体型、源储紧邻型和源储分离型三种基本单元。根据烃源岩及储集层的位置关系,可分为下生上储型、上生下储型、中生边储型、边生中储型的源储结构。在源储分离型中,基于疏导体系的差异,可以划分为砂体疏导型、裂缝疏导型和断层疏导型。在此基础之上,可以衍生致密砂岩气-煤层气、致密砂岩气-页岩气、页岩气-煤层气以及三气共生等多种模式。