页岩气是一种极为重要的非常规天然气资源。湘中地区中奥陶统烟溪组页岩分布广泛,且沉积厚度大,前人对这一层位的页岩气资源关注较少。鉴于此,本文以湘中地区中奥陶统烟溪组黑色页岩为研究对象,基于沉积学和地球化学等研究方法,分析了湘中地区烟溪组页岩的地质沉积环境、有机地化、储集性能等特征,优选了湘中地区中奥陶统烟溪组页岩有利区。通过对湘中地区的典型剖面进行详细的研究,再结合前人的研究基础总结了湘中地区的地层发育情况、构造特征、沉积相类型、沉积相展布以及沉积演化模式。其中烟溪组页岩可细分成五段,第三段、第四段页岩的烃源岩、储层物性等特征均较其余层段好,可作为区内页岩气勘探的“甜点段”。在基础地质研究的基础上,结合地化实验得出烟溪组页岩有机碳含量普遍较高,最高的样品有机碳含量达到8.17%,平均值为2.12%,属于优质烃源岩范畴;页岩有机质类型为Ⅰ型;烟溪组Ro值在1.83%³.77%之间,平均为3.15%,具备较好的勘探开发潜力。分子生物标志化合物分析结果显示正构烷烃呈双峰型,植烷优势明显,指示强还原的海相沉积环境;萜烷丰度顺序为五环三萜烷>三环萜烷>四环萜烷,γ-蜡烷与C₃₀霍烷的比值普遍大于0.3,指示其沉积母质以浮游生物及海洋性自养菌为主,含有部分藻类;规则甾烷C₂₇>C₂₉>C₂₈,指示其母质来源以浅海生物来源为主,所有样品中均检测出孕甾烷、升孕甾烷、重排甾烷及4-甲基甾烷,表明其可能经历过微生物降解作用。通过实验测试烟溪组页岩的矿物组成、孔隙度、渗透率以及微观孔隙结构等,得出其页岩脆性矿物含量在47%⁸7%之间,平均为60%,粘土矿物含量在13%⁵2%之间,平均为30%,有利于压裂作业,具有优良的页岩储层物性条件。在沉积相特征、有机地化特征、储集特征研究的基础上,结合该套页岩含气性以及保存条件等,认为区内烟溪组页岩具备较好的生成页岩气的有机物质基础、良好的储集性能和后期开发物性条件。通过对选取页岩气藏主控因素的分析及评价体系的讨论,最终认为零陵区块和双牌区块属于湘中地区页岩气藏有利区,后期勘探布井建议优先考虑。