二连盆地多个凹陷下白垩统普遍发育一套粒度偏细、岩性复杂的致密油储层,由陆源碎屑岩、碳酸盐岩和火山碎屑岩混积而成。这套复杂岩性储层在多个凹陷见油气显示,但仍未获得较大油气突破,主要由于复杂致密储层的成因和致密化过程不清导致。本论文选取二连盆地3个重点凹陷为研究对象,对这套复杂岩性储层岩石学、孔喉结构、成岩作用及成因机理展开研究。结合录、测井数据,通过岩心、薄片观察和X衍射矿物组分分析,发现复杂岩性储层具有岩性类型多、岩性变化快、矿物产状各异等特点。基于陆源碎屑岩的岩性划分方案,这套复杂岩性储层可被划分为3大类,16小类。其中,凝灰岩主要分布在深湖—半深湖亚相,夹于厚层泥岩中;沉凝灰岩和复杂岩性泥岩主要发育在滨浅湖亚相,与厚层泥岩及粉砂岩相邻;复杂岩性砂岩主要发育在三角洲和重力流成因的扇体前端,常与粉砂岩、砂岩互层。在高速压汞等常规储层测试的基础上,结合恒速压汞、核磁共振等高精度测试手段,明确复杂岩性储层主要发育晶间孔、粒间孔、粒内孔及微裂缝,具有微、纳米孔隙结构,属于低—超低孔、渗储层。其中,凝灰岩(平均孔隙度9.6%,平均渗透率0.067mD)主要发育脱玻化孔和晶间溶孔,沉凝灰岩和复杂岩性泥岩(平均孔隙度2.67%,平均渗透率0.04mD)主要发育晶间溶孔和微裂缝,白云岩(平均孔隙度4.06%,平均渗透率0.01mD)以晶间溶孔和粒间溶孔为主,复杂岩性砂岩(平均孔隙度8.2%,平均渗透率6.02mD)以粒间溶孔和粒内溶孔为主。通过分析复杂岩性储层的成岩矿物特征及矿物间切割关系,这套复杂岩性储层主要处于中成岩阶段A1和A2亚期。凝灰岩、沉凝灰岩和复杂岩性泥岩,成岩作用较强,主要处于中成岩阶段A2亚期。其中,凝灰岩储层主要发育脱玻化作用,沉凝灰岩和复杂岩性泥岩以白云石化和方解石化作用为主;复杂岩性砂岩储层成岩作用相对较弱,主要处于中成岩阶段A1亚期,以钙质胶结作用为主。在白云石的宏观产状和矿物学特征基础上,结合微量元素和碳氧同位素特征,建立了研究区3种白云石化成因模式。1)准同生成因白云石,主要存在白云岩中,具有它形泥粉晶,形成于沉积期的咸化湖盆中。2)甲烷生成作用成因的白云石,主要存在纹层状和星点状云质泥岩或云质沉凝灰岩,具有它形—半自形微粉晶结构,形成于成岩早期,Mg2+离子主要来源于富火山灰的凝灰物质大量水解蚀变。3)埋藏成因白云石,分布在块状云质沉凝灰岩或云质砂岩,具有自形粉细晶结构,晶体结构较好,Mg2+离子主要来源于长石等颗粒溶解及深层黏土矿物转化。