储层是那些具有连通孔隙、具有渗透性、具有存储流体（如油、气、水）空间的岩层。世界上已发现的油气储量大多数来自沉积岩层,其中以固结沉积物砂岩和碳酸盐岩储集层最为重要。由于资源需求的日益增大,由松散沉积物黏土矿物和非黏土矿物组成的泥页岩储集层等低孔低渗储集层也受到了越来越多的重视。然而,由于沉积物的固结程度不同,导致其中水的赋存状态不同,进而使得其孔隙结构以及渗流特性有着巨大的差异,因此,有必要分别开展固结与松散状态下的沉积物的岩石物理实验,探究其水赋存状态与孔渗特性。本论文综合地球物理学、岩石物理学、土壤学以及岩土相关的基础理论知识与研究方法,根据现有的仪器设备条件,在实验室尺度下对两种沉积物:致密砂岩与黏土进行核磁共振等地球物理方法实验研究。分别利用分形与峰分解的数学方法分析解释其核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance,NMR）T2谱,确定两种沉积物中的水赋存状态,孔隙结构特征以及渗流特征等,在一定程度上为非常规储层评价解释提供理论依据。本文选用黏土样品所属地层为美国地区典型的页岩地层;致密砂岩样品所属地层属于中国一个重要的油气潜力藏地区,是典型的低渗透低孔隙度致密砂岩地层。其研究方法与成果如下:（1）黏土样品矿物成分分析。开展对怀俄明膨润土（WBt）,丹佛膨润土（DBt）和丹佛粘土石（DCs）三种黏土的X射线衍射（X-ray Diffraction,XRD）实验,根据实验分析得出:丹佛粘土石中的主要矿物为石英,而丹佛膨润土和怀俄明膨润土中的主要矿物均为蒙脱石,即丹佛粘土石为非膨润土,而丹佛膨润土和怀俄明膨润土为膨润土。（2）黏土吸附水表征实验。开展对3种非饱和黏土的水蒸气吸附实验和核磁共振实验。分析3种黏土样品的水蒸气吸附等温曲线,进一步展示3种黏土的水化特征,当环境相对湿度RH低于85%时,不同黏土样品的水化状态不同,但当环境相对湿度RH高于85%时,所有黏土样品的水化状态相似,吸水作用力由吸附力为主转变为毛细力为主;制作在10种不同相对湿度环境下平衡的非饱和黏土样品,进行核磁共振实验,非饱和状态下分析在10种不同相对湿度环境下膨润土吸水后的低场核磁共振T2谱,随着相对湿度增大,T2谱峰值向右移动,会出现峰叠加的现象。（3）黏土中水赋存状态分析。基于黏土核磁共振T2分布,通过峰分解的数学方法在常温下确定2种膨润土中的吸附水与毛细水,确定不同相对湿度环境下的两种结合水的界限划分以及他们的相对含量,讨论了黏土吸附水与环境相对湿度的关系,提出了黏土吸水概念模型,并通过二维核磁T1-T2图谱验证其模型。在常温且不损害样品的情况下准确地分析了水的赋存状态与吸附过程。（4）饱和黏土的核磁共振实验。制得饱和状态下的黏土样品,分析不同干密度,不同浓度盐溶液对黏土吸水特性的影响:干密度主要影响黏土中大孔隙里的水含量;而不同浓度盐溶液对于样品的孔隙度（吸水量）的影响与黏土中的主要黏土矿物和盐溶液中的阳离子类型有关。（5）黏土渗透性实验。开展对干密度为1.2 g/cm3的两种不同层间阳离子膨润土的渗透率实验,分别计算其渗透系数:怀俄明膨润土的渗透系数为4.59*10-8cm/s,丹佛膨润土的渗透系数为8.42*10-8cm/s。（6）建立分形束缚水饱和度模型。基于核磁T2谱分布,孔隙度和束缚水以及孔隙度与分形维数的关系,推导出了适用于致密砂岩的分形束缚水饱和度模型。通过分析鄂尔多斯盆地北部的致密砂岩油藏致密砂岩样品的核磁共振T2谱得到分形维数与孔隙等特征参数,得到定量计算固结沉积物致密砂岩束缚水饱和度的方法。（7）束缚水饱和度模型在渗透率预测上的应用。根据束缚水饱和度与孔隙度的关系提出分形渗透率公式,对比分析了五种常用的基于核磁与分形的经验渗透率公式,并应用到不同地区的致密砂岩样品上,结果证实本文提出的分形渗透率公式应用效果较好。论文主要进行了如下的创新性工作:（1）利用峰分解数学方法分析黏土低场核磁共振T2谱,在常温下确定2种膨润土中水的赋存类型（存在形式）以及它们的相对含量,划分不同结合水的界限,分析黏土中的不同类型水与环境相对湿度的关系,提出了适用于黏土的吸水概念模型,并描述了不同赋存类型的水在不同相对湿度环境中的吸附过程。本创新点相当于论文第三章。（2）基于致密砂岩核磁共振T2分布,结合分形理论,建立了针对致密砂岩的分形束缚水饱和度模型,并进一步推导了核磁分形渗透率计算公式。本创新点相当于论文第五章。