页岩油气作为烃源岩层系内自生自储的油气资源，其可开发性受页岩储层特征的控制明显。由于不同类型富有机质页岩形成环境的差异性，页岩油气储层在纵向上具有多重非均质性，包括岩性的纵向非均质性、储层物性的纵向非均质性、岩石力学参数的纵向非均质性、地应力的纵向非均质性以及含气性特征的纵向非均质性等，这造成了页岩油气储层的纵向非均质性明显强于横向非均质性，有机质丰度、孔隙度、渗透率、储层的可压裂性、地应力、含气性及吸游比等参数在纵向上的变化均较大，且直接影响了后期页岩油气开发方案的设计与实施。优质开发目的层段的选择首先要考虑单段页岩油气储层的连续厚度在30~50 m左右、有机碳含量均值达到2.0%以上、有效孔隙度大于2.0%、岩石泊松比小于0.25、脆性较大、最小主应力相对上下邻层较小、含气性较高的层段。页岩油气开发井型的选择，水平井段的部署，压裂分段的长短、射孔簇的设计等均要充分考虑这种非均质性的影响。

页岩气主要赋存于页岩孔隙中，研究页岩孔隙结构特征是深入认识页岩气富集机理的关键。通过CO2吸附、N2吸附、CH4等温吸附和高压压汞实验，对川东南地区龙马溪组页岩的孔隙结构进行了全孔径表征，并阐明了孔隙结构对页岩含气性的控制作用。页岩的微孔(＜2.0 nm)、中孔(2.0~50.0 nm)和宏孔(＞50.0 nm)都十分发育，且分布特征变化较大。在孔体积方面，中孔提供的孔体积最多，约40.8%，其次是微孔，约34.7%，宏孔的孔体积最少，只提供24.5%。在孔隙比表面积方面，微孔占有绝对优势，约提供76.87%，其次是中孔，约23.05%，宏孔只有0.07%。中孔和微孔提供了页岩中主要的孔体积，控制了游离气的含量。微孔的比表面积与CH4最大吸附量具有很好的正相关关系，且提供了页岩中主要的比表面积，控制了吸附气的含量。宏孔提供的孔体积和比表面积在页岩中不占优势，对吸附气和游离气含量的影响较弱，但可作为页岩气渗流的主要运移通道。因此，明确页岩的微孔、中孔和宏孔的分布特征，尤其是微孔对页岩中吸附气和游离气富集的贡献，对页岩气勘探与开发具有重要指导意义。

基于野外地质和钻井资料，结合相关实验测试结果，对湘西北地区下古生界海相页岩储层特征进行了深入研究，并探讨了页岩甲烷含气性及影响因素。结果表明：牛蹄塘组黑色页岩以深水陆棚斜坡相沉积为主，厚度范围为50~250 m；龙马溪组为闭塞海湾沉积，底部黑色页岩发育。两组页岩有机质类型均属于Ⅰ型，有机碳含量平均为3.57%和1.16%，热演化程度较高，平均达2.61%和2.08%。受沉积环境和成岩作用影响，两组页岩均具有高石英、低黏土、少量碳酸盐矿物的组成特征。页岩储集空间可划分为3大类：矿物基质孔、有机质孔、微裂缝。受有机质和黏土矿物等因素影响，页岩内部孔隙结构参数各不同，但主体上孔径小于50 nm的微孔和中孔提供了大部分比表面积和孔体积，为气体存储主要场所。牛蹄塘组页岩甲烷最大吸附量平均为1.98 cm3/g；龙马溪组页岩甲烷最大吸附量较低，为1.16 cm3/g。其中有机质与黏土矿物对页岩甲烷吸附量均有一定的贡献，而过高的成熟度和含水量可导致页岩吸附能力下降。

鄂尔多斯盆地上古生界海陆过渡相页岩是重要的页岩气富集层系，但是含气性及其控制因素研究薄弱，制约了对该地区页岩气的勘探和研究。论文通过对鄂尔多斯东南部本溪和山西组大量页岩样品开展有机地球化学、矿物组成、页岩孔隙及分布的研究，评价了海陆过渡相页岩的储集性；通过含气量现场解吸和等温吸附实验，分析了页岩含气特征和影响因素。结论认为研究区海陆过渡相页岩有机质丰度高(TOC含量0.5%~11%)，主要发育III型干酪根，有机质成熟度较高(1.0%~3.0% Ro)；矿物组成以富黏土页岩为特征，黏土矿物含量可高达60%以上。总孔隙度分布在2%~8%，部分样品微裂缝发育。孔隙类型以平行板状的狭缝型孔隙介孔为主，在岩石孔隙比表面积和孔体积的贡献占90%以上；TOC含量与孔隙比表面积及孔隙总体积具有密切的相关性，有机质孔隙对岩石总孔隙构成具有重要贡献。现场解吸含气量为0.591~4.05 m3/t，兰氏体积从0.05 m3/t到14 m3/t都有分布，页岩实测含气量与气体吸附能力差异大。TOC含量是控制海陆过渡相页岩含气量和含气能力的重要因素，富黏土矿物的吸附作用可使样品含气能力显著增加。

以我国四川盆地上三叠统须家河组页岩为重点研究对象，在大量岩心、露头样品分析化验基础上，开展陆相页岩储层孔隙特征研究。采用高压压汞法、液氮吸附法、脉冲式渗透率法等多种手段相结合测定页岩储集物性，表明须家河组具有一定的储集性能，孔隙度为0.95%~4.77%，平均为2.73%。运用岩心观察、薄片观察、场发射扫描电镜等直接观察手段与高压压汞、氮气等温吸附等实验系统研究须家河组页岩的储集空间特征，明确纳米级基质孔隙是须家河组储集空间的主体，包括原生残余孔、颗粒间孔、溶蚀孔和有机质孔，孔径2~100 nm，<50 nm的孔隙占83.9%，有机质孔隙局部发育。影响须家河组页岩储层特征的主要控制因素包括TOC含量、黏土矿物含量以及有机质热演化程度。

沁水盆地是我国重要的含煤盆地，不仅其煤炭及煤层气资源丰富，在上古生界石炭纪—二叠纪地层中还有大量页岩发育。而目前，针对该地区页岩地层的相关研究极少，该地区页岩气资源是否具有勘探开发潜力有待深入而细致的研究。本文以沁水盆地上古生界石炭系—二叠系海陆交互相页岩储层为研究对象，通过薄片鉴定、X线衍射分析、氩离子抛光扫描电镜分析、核磁共振、氦气吸附等实验方法，研究了富有机质页岩储层有机质含量、类型、成熟度等有机地化特征以及储集空间类型、物性、矿物组成、孔隙结构等储层特征。在此基础上，对研究区页岩储层的勘探开发潜力进行了评价。结果表明：沁水盆地石炭纪—二叠纪富有机质页岩储层中发育形态各异的不同类型孔隙及微裂缝。其中，矿物基质孔十分发育，主要包括有呈片状、三角形及不规则形态的粒间孔和晶间孔等；而有机质孔不发育，呈点状，偶见椭圆型。从孔隙结构上看，孔隙具有较大的比表面积，主要分布在2.84~6.44 m2/g，平均值为4.26 m2/g。平均孔径分布在3.64~10.34 nm，以中孔隙发育为主。从矿物组成来看，各矿物含量比例适中，黏土矿物含量较高，达到57.5%，有利于微孔隙发育和页岩气的吸附；以石英及长石为代表的脆性矿物含量较高，达到41.3%，易于后期压裂造缝。从有机地化特征来看，有机碳含量高，有机质类型以腐泥腐殖型为主，且受中生代异常地温场控制，有机质热成熟度高，有利于页岩气的生成和吸附存储。总体来说，虽然研究区石炭纪—二叠纪页岩储层埋深浅，但有机地化参数、矿物组成、孔隙发育及结构特征都有利于页岩生烃和页岩气储存，具有较大的勘探与开发潜力。

利用最新钻探的马页1井的井下资料和大量岩心样品的测试分析数据，并结合野外地质调查资料，从富有机质页岩的有机地化、矿物组分、储集特性和裂缝特征等方面，系统地研究了滇东地区马龙区块下寒武统筇竹寺组黑色页岩的储层特征。研究区筇竹寺组黑色页岩有机碳丰度较高，TOC含量普遍大于2%；由于筇竹寺组地层较老，黑色页岩的有机质均处于高成熟过成熟阶段；黑色页岩的矿物组分主要为碎屑矿物、碳酸盐矿物和黏土矿物。脆性矿物含量较高，脆性指数平均值为0.62。黏土矿物主要以伊利石为主，其次为伊蒙混层和绿泥石，高岭石含量较低；该区筇竹寺组页岩的孔、渗较低，孔隙类型复杂多样，主要包括“墨水瓶”孔、板状孔和狭缝型孔。页岩主要发育纳米级中孔，且比表面积和总孔体积偏小，平均值分别为9.18 m2/g和10.38×10-3cm3/g；储层裂缝以高角度缝为主，上部碳质页岩裂缝发育，下部粉砂质页岩裂缝不发育。有机碳含量和脆性矿物含量促进了页岩裂缝的发育；与国内外典型海相页岩储层对比，滇东地区马龙区块筇竹寺组页岩以粉砂质页岩为主，碳质页岩层较薄，而Fort Worth盆地Barnett页岩、焦石坝地区龙马溪组页岩和岑巩区块牛蹄塘组页岩主要为硅质页岩和碳质页岩，筇竹寺组页岩的岩相与这3组海相页岩相比较差；筇竹寺组页岩有机碳含量低于其他3组海相页岩，有机质丰度中等；筇竹寺组页岩脆性矿物含量与龙马溪组页岩相当，稍低于牛蹄塘组页岩，脆性较好；Barnett页岩和龙马溪组页岩无论在储集物性上还是有机质孔隙发育程度上都要优于筇竹寺组页岩和牛蹄塘组页岩，筇竹寺组页岩有机质孔隙主要发育于有机质与黏土的混合物中；筇竹寺组页岩裂缝发育程度低于Barnett页岩、龙马溪组页岩和牛蹄塘组页岩。此外，筇竹寺组页岩含气量低于其他3组海相页岩，但吸附能力较强。

鄂尔多斯盆地三叠系延长组长7、长9页岩是页岩油气勘探的重要层位，本文在岩心观测、薄片观察、脉冲渗透率测试、有机碳含量测试、气体组分分析、测井解释方法的基础上，对陆相页岩层内岩性、地化参数、微观孔隙结构、力学参数的非均质特征进行研究。研究认为陆相页岩储层砂质纹层发育密度和频率值较高，纹层中的大孔隙与页岩中的中孔和微孔构成复杂的孔隙体系，造成页岩储层层内非均质性极强，可有效改善页岩层系的物性，为游离气的富集和运移提供有利空间和有效通道，对游离气的渗流和富集具有积极意义。非均质程度较弱的页岩段，砂质纹层发育程度低，物性致密，排烃能力最弱，富集较多的吸附气。陆相页岩成储机制受控于其较强的非均质性，同时页岩强非均质性段，脆性矿物含量高，有利于页岩储层的压裂开采。

鄂尔多斯盆地三叠系延长组长7段在研究区志丹甘泉地区主要为一套深湖相暗色泥岩和页岩沉积，其TOC含量高、有机质类型主要为Ⅱ1型、Ro多在0.6%~1.2%，是该盆地已发现大量油藏的主要源岩。为了探讨长7段富有机质泥页岩的吸附特征，选取了研究区长7段16块泥页岩样品进行了等温吸附、总有机碳含量、X衍射、热成熟度及液氮吸附等配套分析测试，在此基础上探讨了长7段陆相富有机质泥页岩的吸附能力及其影响因素。结果表明：研究区长7段泥页岩的兰氏体积为0.56~4.43 m3/t，随着压力的增大，吸附能力迅速增加，当增至一定程度，达到饱和后，将不再增加；泥页岩的吸附能力与有机碳含量、黏土矿物含量、比表面和孔体积具有正相关关系；与许多海相泥页岩相反，研究区陆相泥页岩的吸附能力与石英含量呈负相关关系，这可能与石英来源不同有关，陆相泥页岩的石英为陆源碎屑成因；泥页岩的吸附能力与热成熟度在Ro <0.9%左右时呈负相关，而后当Ro >0.9%时呈正相关关系。综合评价认为，TOC含量、黏土矿物含量是影响泥页岩吸附能力最重要的因素，而比表面是最直接的因素。

为了深入研究下古生界海相页岩储层微观孔隙特征及其发育控制因素，本文采用多种孔隙表征及基础地化参数研究手段，实现了对孔隙特征从电镜下直观的形貌观察到对孔隙结构的宏孔微孔全尺度定量测试，并结合样品地球化学参数和矿物组成探讨了页岩孔隙发育的控制因素。研究结果表明：海相龙马溪组页岩普遍发育有机质孔、粒间孔、粒内孔以及微裂缝等4种微观孔隙类型。其中以有机质孔和黏土矿物集合体粒间孔最为发育；联合高压压汞、低温液氮和二氧化碳吸附实验表明孔径分布曲线呈多峰态，总体孔径以小于50 nm为主，表现为介孔和微孔为主，形态多为细颈广体的墨水瓶孔和四周开放的平行板状的狭缝型孔，页岩孔隙孔体积主要有微孔和宏孔贡献，而比表面积主要由小于5 nm孔径的微孔介孔贡献；泥页岩总有机碳(TOC)含量和主要矿物是控制孔隙大小的关键因素，其中TOC含量控制着页岩微孔与宏孔的发育，而黏土矿物与脆性矿物分别对介孔和宏孔有着积极的影响。

柴达木北缘(柴北缘)盆地侏罗纪是典型的陆相湖沼盆地，是目前具有页岩气潜力的盆地之一。本文运用氮气吸附、有机碳含量、有机质成熟度、全岩X衍射分析等方法，对柴北缘鱼卡地区YQ - 1井中侏罗统石门沟组泥页岩的纳米孔隙特征及控制因素进行研究。结果表明，石门沟组泥页岩纳米孔隙结构复杂，根据吸附回线及孔径分布特征可划分为两类，第一类以一端不透气性孔和开放性平行板状狭缝孔为主，孔径主要集中在3～5 nm范围内，呈单峰状分布；第二类则以一端不透气性孔和开放性倾斜板狭缝孔为主，孔径主要分布在3～5 nm和8～14 nm范围内，呈双峰状分布。孔径小于50 nm的微孔和介孔是比表面积和孔体积的主要贡献者；黏土矿物含量与微孔、介孔、总孔体积呈正相关；在较低的成熟度制约下，泥页岩有机质孔隙基本不发育，有机质丰度较高的石门沟组上段H9泥页岩TOC含量与微孔、介孔、总孔体积呈负相关性，有机质丰度较差的下段H8泥页岩TOC含量与孔体积相关性则不甚明显；孔隙结构及孔径分布受沉积环境水动力条件影响；黏土矿物是石门沟组泥页岩纳米孔隙的主要提供者，是孔隙发育的主控因素，TOC含量与沉积环境也会对泥页岩孔隙发育产生一定影响。

四川盆地陆相领域页岩层序发育，但其内部发育复杂的岩性及组合关系、非均质性强、储层特征不明，制约了油气勘探开发的进程。本文研究通过大量的全岩X衍射、场发射扫描电镜、高压压汞、等温吸附等实验方法，从岩石学特征、微观孔隙结构特征及物性特征等方面，对川西坳陷上三叠统须五段陆相页岩须五段储层地质特征进行研究，并分析影响储层发育的主要地质因素，同时阐明储层地质特征对天然气赋存状态和含气量大小的影响。研究结果表明：须五段储层在垂向上形成富砂型、互层型和富泥型3种叠覆式储层结构；储层均致密化严重，但泥页岩储集物性优于粉砂岩和细砂岩；水动力条件较弱的三角洲远端到滨浅湖的沉积环境和强烈的成岩作用导致须五段储层原生孔隙及粒间溶孔基本不发育，对储集性能起主要贡献的为泥页岩中发育大量片状晶间孔、有机质孔及微裂缝，因此泥页岩是须五段的最有利储层。须五段天然气为吸附气与游离气的混合气体，但以吸附气为主，吸附气含量占总含气量的84.9%。天然气赋存状态和含气量大小受控于储层的岩性、微观孔隙结构和储层的物性。

本文从辽河西部凹陷岩心观察入手，结合岩石薄片鉴定与X衍射全岩定量分析技术，完善了湖相泥质岩类岩石学分类方法。根据新的分类方案，页岩可分为黏土型页岩、长英型页岩和混合型页岩等。其中黏土型页岩呈密集层状构造，黏土矿物为主，有机质层状富集，发育在陆源输入相对较弱的环境里；长英型页岩以泥级石英长石为主，镜下层状结构不明显，发育于陆源输入较强的淡水沉积环境；混合型页岩中发育黏土矿物、长英质和碳酸盐岩矿物，无主体成分，有机质以湖泊藻类为主，有机质纹层与黏土或者与碳酸盐岩纹层间互层结构，发育在微咸水至咸水的闭塞湖相环境。有机地化分析和生烃动力学实验研究表明半深湖相深湖相的具有纹层结构黏土型页岩及混合型(含碳酸盐质)页岩，有机质类型以ⅠⅡ1型为主，生烃能力很强，长英类页岩和块状泥岩次之。混合型页岩主要分布盘山洼陷沙四上亚段杜二层段和高升层段，黏土型页岩主要分布在杜家台和曙光斜坡区沙四上亚段杜一层段。混合型页岩区为油田公司近期非常规油气勘探的主攻方向。

页岩储集空间的研究是页岩油气研究的核心内容之一，页岩孔隙和裂缝很大程度上影响了页岩储层的储集能力和渗流特征。采用薄片观察、常规扫描电镜观察、氩离子抛光(FIB)、场发射电子显微镜(FE - SEM)实验，并结合能谱分析(EDS)等技术手段系统分析了研究区龙马溪组页岩储层的储集空间的成因、大小、形态、分布、连通性等特征，以页岩中储集空间的成因及孔隙发育位置特征为依据，分析了页岩储集空间划分方案，将研究区龙马溪组页岩储层储集空间划分为无机孔、有机孔、裂缝三个大类。结合页岩成岩过程，考虑机械压实、热演化机制、黏土矿物转化、溶蚀作用等因素，定性探讨了页岩储层孔隙的形成演化过程。研究区龙马溪组页岩储层主要储集空间为黏土集合体内矿片间孔隙、黏土絮体间孔隙、粒内有机质纳米孔及裂缝。有机质纳米孔隙是页岩演化到一定阶段的产物，并不是所有页岩储层中都会发育有机质纳米孔隙，且有机质纳米孔的形成和保存受多种因素的影响。

中国南方下志留统龙马溪组海相页岩有机质含量高且热成熟度高，是重要的页岩气储集层位。本文以黔西北地区习页1井与桐页1井的岩心样品为研究对象，研究龙马溪组页岩的孔隙特征及孔隙发育的影响因素，并对其储气性能进行综合的分析与评价。通过扫描电镜的大量观察可知，该区龙马溪组页岩内发育的孔隙多为纳米(nm)量级，包含矿物基质孔(可分为粒间孔和粒内孔)、有机质孔以及微裂缝等多种类型的孔隙，其中有机质孔最为发育。通过测试可知，该区页岩的总有机碳(TOC)含量平均为3.80％，热成熟度(Ro)平均为2.73％，有效孔隙度平均为1.56％；主要组成矿物为黏土矿物与碎屑矿物(石英、长石等)，黏土矿物含量平均为32.42％，碎屑矿物含量平均为43.97％；BET比表面积平均为16.98 m2/g，BJH总孔体积平均为0.013 7 mL/g，孔隙的平均孔径为33.75 nm。通过分析可知，TOC含量为孔隙发育的主要影响因素，样品的有效孔隙度与TOC、碎屑矿物含量呈线性正相关关系，与黏土矿物含量呈线性负相关关系。另测得样品对甲烷气体的饱和吸附量平均为2.42 m3/t，饱和吸附量与TOC含量呈强烈的正相关性，TOC含量为吸附性能的主控因素；饱和吸附量与有效孔隙度、碎屑矿物含量、BET比表面积以及BJH总孔体积均呈明显的正相关性，而与黏土矿物含量的相关性不显著。