气体吸附扩散行为研究对于页岩含气量评价及提高采收率分析等方面具有重要意义。为了揭示页岩气的吸附扩散行为及控制机理,论文以南华北盆地下二叠统山西组、太原组海陆过渡相页岩为研究对象,采用实验测试、数学统计、数值模拟、相关性分析等方法和手段,对页岩气吸附扩散行为及控制机理展开研究,以填补该领域研究空白。(1)页岩孔隙结构与CH₄吸附扩散过程的“动态变化”是影响单孔气体扩散模型拟合效果的主要因素。对于单孔扩散模型而言,页岩孔隙结构与CH₄吸附扩散过程可以看成是“动态变化”的,即在低压阶条件下为“均一大孔贡献”,在中压阶条件下为“双孔贡献”,在高压阶条件下为“均一小孔贡献”;(2)气体有效扩散系数受有机质、粘土矿物、脆性矿物等因素影响显著。有机质对大孔有效扩散系数无明显影响,而与小孔扩散系数之间呈现负相关关系;粘土矿物与大孔有效扩散系数之间呈负相关关系,而与小孔有效扩散系数之间呈正相关关系;脆性矿物与大孔、小孔有效扩散系数之间分别呈正相关和负相关关系;(3)页岩孔隙结构控制了CH₄气体在富有机质页岩中的吸附扩散行为。所有的页岩吸附速率曲线均表现为明显的“两段”特征,即吸附速率曲线均可划分为初始陡增段和后期平缓段,其中前者主要为大孔控制,后者主要由小孔决定。基于拐点分析,结合页岩孔隙结构发育特征,可将吸附速率曲线按形态划分为大孔型、小孔-大孔型、大孔-小孔型以及小孔型等4种类型;(4)基于双孔气体扩散模型建立了页岩损失气量计算新方法。双孔气体扩散模型能够满足各种压阶条件下的气体扩散模拟要求,针对USBM直线回推法和Amoco曲线拟合法在理论上的不足,提出并建立了基于双孔扩散模型的MCF曲线拟合法,能够满足游离气量占比高于75%条件下的页岩损失气量计算。论文对页岩中气体吸附扩散行为及控制机理进行了探讨,部分研究成果已在南华北地区得到了应用和检验。作为机理研究的应用延伸,将对我国页岩气勘探开发实践具有积极的推动作用。