本文以辽河西部凹陷高升地区沙四段杜三层湖相碳酸盐岩为例,通过岩心观察、镜下薄片鉴定、岩心CT扫描、X衍射分析以及扫描电镜等方法,研究杜三层致密储层的岩石学特征、储集空间特征、孔隙结构、储层类型以及含油气性,并探讨储层致密化机理。研究结果表明,杜三层致密储层主要发育在半深湖-深湖亚相,储层累积厚度较大,岩石类型主要为泥晶白云岩、泥质白云岩及云质泥岩;孔喉微细,非均质性较强,储集空间以孔隙、溶洞及微裂缝为主,测井孔隙度主要分布在2%-14%之间,均值为8.62%,储层类型主要为孔隙型、裂缝型以及复合型,多井区油气显示主要以含油、油浸及油斑为主;压实作用导致的孔隙减小、储层物性变差是杜三层储层致密化的主要原因,同时,后期方解石、方沸石等自生矿物的半充填-全充填也是造成储层致密化的原因之一。沙四段杜三层湖相碳酸盐岩致密储层研究将对西部凹陷致密油勘探具有一定的指导作用,同时也为我国湖相碳酸盐岩研究积累一定的经验。