我国陆相致密油资源潜力巨大,加快致密油的勘探开发,对保障国内油气产量和国家能源安全具有重要意义。酒泉盆地花海凹陷发育典型的陆相致密砂岩油,但其构造演化过程复杂,沉积环境变化快,单层厚度不稳定,导致致密砂岩油具有异常复杂的生排烃演化过程、储集特征、源储组合类型及油气运聚和富集过程,目前其富集条件未查清,成藏机理未阐明,有利区不明确,严重限制了其勘探开发。本文针对酒泉盆地花海凹陷下沟组和中沟组致密砂岩储层,采用地化特征分析、盆地模拟、物理模拟、岩石薄片和扫描电镜分析、核磁共振分析和流体包裹体分析等研究方法,查明了研究区致密油发育的构造、沉积、源岩、储层等静态地质特征,恢复了研究区致密油源岩生排烃演化、储层孔隙度演化、运移聚集过程等动态成藏过程,明确了致密油的聚集机理,并进行了有利区预测。花海凹陷下沟组及中沟组源岩具有早生早排的特点,低熟阶段可排油,源岩排烃量小,残留烃量大,排烃不畅,残留量与排出量之比最大可达3.3。下沟组和中沟组储层均经历了严重的早期压实和胶结、二期胶结和后期微弱的溶蚀作用,在120~100Ma达到致密。根据源储的空间配置关系可以将源储组合划分为上源下储型、下源上储型、“三明治”型和源储共生型,其中,源储共生型最发育,厚度较大,在凹陷中心广泛分布,其次为“三明治”型和下源上储型,上源下储型分布范围最小。花海凹陷致密油早期聚集成藏,生烃增压导致的流体膨胀及超压传递为致密油运聚提供动力,微裂缝—孔隙二元体系为致密油运移提供通道与聚集空间,致密油多向运移,侧向运移距离相对较大,垂向运移聚集较短,聚集效率低,充注的孔径下限为22.4~90.4nm。致密油富集主要受有机碳含量、有机质成熟度、沉积相、储层物性、源储组合类型、裂缝发育程度及地层压力的控制及影响,据此将研究区下沟组及中沟组上段各划分出三个级别有利区,其中,Ⅰ级有利区主要发育在中央断裂带靠近凹陷中心的部位,Ⅱ级有利区在Ⅰ级有利区外围及中央断裂带西部附近分布,Ⅲ级有利区分布在Ⅱ级有利区外围,可延伸至西部斜坡带及南部断裂带的部分地区,含油性较差。