渤海湾盆地辽河坳陷西部凹陷沙河街组四段(沙四段)为陆相湖盆裂陷期形成的一套以油页岩、泥岩和泥质碳酸盐岩薄互层组合为主的沉积,是凹陷的主力烃源岩。近年来,随着国内外非常规油气勘探的不断深入和发展,沙四段所蕴含的致密油气资源得到了极大的重视,对其沉积特征和储层性能开展详细的研究具有重要的理论和实践意义。本文以地层学、沉积学、储层地质学、非常规油气地质等学科的理论为指导,综合利用钻井、测井、录井、地震及各项分析化验资料,采用宏观与微观相结合、地质与测井及地震相结合等手段,对辽河坳陷西部凹陷沙四段的地层及沉积特征进行了详细的研究;根据岩心分析、薄片鉴定、测井分析,结合铸体薄片、扫描电镜、压汞、CT扫描、岩石力学分析等手段对沙四段储层的岩石学特征、储集空间类型、物性分布、孔隙结构、岩石脆性特征等进行了详细分析和描述,探讨了沉积作用、成岩作用和构造应力等因素对储层发育的控制作用。综合以上研究结果,结合地震储层裂缝预测、储层脆性发育程度预测、烃源岩条件研究等成果,利用多因素叠合概率法对沙四段致密油储层的分布和发育情况进行了综合评价和预测。在成岩作用研究中,还针对沙四段致密油储层中出现的白云岩和含方沸石岩等特殊岩类的成因机理进行了深入分析。具体成果如下:1)西部凹陷沙四段与下伏房身泡组界限清晰,为假整合—角度不整合接触;与上覆沙三段在湖盆边缘界限较清晰,在湖盆中部无明显的分界特征。根据沉积旋回特征,结合地震资料可将沙四段划分为4个旋回,自下而上分别对应于高升层、杜三层、杜二层及杜一层。2)沙四段沉积时,西部凹陷是一个东断西超的单断式箕状断陷湖盆,其内分布着若干小型水下高地和露出水面的岛屿。主体以半深湖—深湖亚相含碳酸盐的暗色细粒沉积为主,可进一步划分为泥质湖底微相、泥云质湖底微相、泥灰质湖底微相、灰泥质湖底微相及云泥质湖底微相;在湖盆边缘和水下高地发育滨浅湖砂质滩坝、粒屑滩沉积,湖盆东部边缘有来源于中央凸起的粗碎屑扇三角洲发育带。3)基于岩心观察、薄片鉴定、扫描电镜及各类分析化验资料,认为沙四段白云岩形成时间较早,其成因与基底断裂热液上涌及蒸发作用有关。通过与国内喷流岩沉积的对比,结合X衍射数据及宏观、微观岩石学特征,认为沙四段方沸石与黏土矿物关系不明显,与长石、火山碎屑等物质基本无关,推测其为热水沉积产物。4)沙四段储层分为常规储层与非常规储层两部分。常规储层的储集岩性主要为粒屑云(灰)岩,以孔隙型储层为主;非常规储层的储集岩石主要为泥质白云岩及泥质灰岩,灰质泥岩和云质泥岩,在裂缝发育的情况下可形成较好的储层。非常规储层的主要储集空间为各类裂缝,及少量次生溶蚀孔隙,其孔隙结构复杂,非均质性较强,储层的物性与微裂缝、微孔的发育密切相关。沙四段致密储层在电性上具有较明显的响应特征。在沙四段由于混合沉积岩较为发育,不同矿物成分的含量差异会造成其脆性有较大差别。根据力学实验结果,碳酸盐矿物及方沸石矿物均可提高储层的脆性,脆性较高的区域裂缝往往更为发育。5)沙四段储层在发育过程中主要受控于以下几方面因素:①沉积相带的分区性控制着常规储层与非常规储层的分布。对于非常规储层而言,沉积微相控制的岩性差异是影响致密储层分布的重要因素;②多种类型成岩作用的综合改造形成了现今的沙四段储层,其中压实及压溶作用是造成沙四段非常规储层致密化的主要原因,后期充填作用也对储层的发育具有一定的破坏性作用,溶蚀作用是沙四段主要的建设性成岩作用,在一定程度上形成了次生孔隙并有利于次生孔隙的保存;③构造破裂作用是影响沙四段储层分布的较为重要的因素。6)在以上研究的基础上,结合烃源岩条件分析成果,采用多因素叠合概率法对沙四段致密油的发育区域进行了评价和预测。结果表明,杜三层是沙四段致密油发育的最有利的层段,Ⅰ类致密油最有利区位于雷53—雷平2一带,II类有利区位于雷2—雷55—雷11等井区。