本文以华北型石炭-二叠纪煤田,煤层间或煤层上部赋存的厚层砂岩含水层为主要研究对象,在了解和熟悉研究区域地质背景的基础上,对五个典型矿井(马兰矿、屯兰矿、李雅庄矿、吉宁矿、葛泉矿)主采煤层顶底板砂岩含水层组进行选点取样,以勘探钻孔为主要手段共获取砂岩岩心32块。为了探究砂岩微观孔隙结构特征电镜观察尺度的优质区间,以矿井地质学、水文地质学和分形理论为指导,综合运用岩石铸体薄片鉴定、CT三维重建、扫描电子显微镜(SEM)等多种分析测试技术,并结合已有的致密砂岩孔隙度和渗透率方面的研究成果,主要得到以下结论:1.经室内实验室测定得知,本次采集五个矿区的砂岩岩心均具有极低的孔隙度和渗透率。2.偏光显微镜观察铸体薄片可知,岩性为细粒砂岩和粉砂岩不等粒砂岩,颜色以灰白色、黑灰色为主,主要成分为岩屑,石英、长石次之;砂岩粒度级别以细粒为主,含有少量中粒;填隙物含量较高,以高岭石、菱铁矿、伊利石为主。3.CT扫描结果可知,砂岩样品内多为连通度较差的小孔隙,不支持液体或气体流通。4.利用“小岛法”模型,应用Avizo、Image Pro Plus图像处理软件提取砂岩SEM图像微观孔隙结构的面积和周长,基于泊肃叶公式、达西渗流理论等计算了砂岩微观孔隙结构理论渗透率,结果表明:砂岩微观孔隙结构特征电镜观察尺度的优质区间是×200~×1000,其中×500尺度下所计算的理论渗透率与实测渗透率最为接近,误差约为2.1%,即局部与整体反应出较强的自相似性;在该尺度下,得出理论渗透率与实测渗透率具有较强的相关性,这对矿区的煤层顶板防治水工作提供了一定的帮助。该论文有图50幅,表5格,参考文献75篇。