随着世界对新型能源的不断需求，以及清洁能源的不断减少，一种非常规的能源资源—页岩气，已经受到了全球范围内的密切关注。目前，页岩气在美国的商业化开采正在如火如荼的进行中，这也掀起了开采页岩气的热潮。然而，页岩气存储在地质条件下极难开采的页岩中，想要安全大量的开采页岩中的页岩气，首先需要了解地质条件下页岩气在页岩中是如何扩散和渗透的。在实际情况中，页岩气存储的环境是在微观和介观的尺度下。因此，想要了解页岩气的扩散机理也是极其困难的。针对这一难点，本文通过建立页岩模型，采用非平衡分子动力学的模拟方法，研究了页岩气的渗透和扩散机理，并且提出了一个介观尺度气体扩散模型。　　地质深度条件下，深入理解页岩气的扩散和渗透机理对页岩气的高效开采至关重要。在第一个工作中，首先调研了页岩气在地质深度下的存储条件。由调研得到的页岩气的存储条件，包括温度，压力，以及其页岩的孔隙大小等，代入玻尔兹曼公式便可以计算页岩气的平均自由程λ，进而可以得到努森数Kn。根据Kn值的大小，得知页岩气在页岩中的扩散与渗透多处于没有机理可以描述的空白区域，即Kn在0.01到10之间的范围。对于这种情况，通过建立页岩蒙脱石狭缝孔模型，采用DCV-GCMD的非平衡分子动力学模拟方法，研究了页岩气在温度300到600K之间，压力梯度在10到600个大气压之间，页岩狭缝孔在1到30纳米之间的条件下的渗透过程，并统计得到页岩气的流量与渗透系数。结果表明，页岩气的渗透系数随温度的上升而减小;随压力的增大而减小;随狭缝间距的增大，先增大达到一个极值而后减小。在此基础上，进而做了定量的分析，通过数学建模的方法，将页岩气的渗透系数同外部条件联系到一起，并提出了适用于介观尺度页岩气体扩散模型，补全了渗透机理未覆盖的空白区域，并桥接了微观和宏观之间的渗透机理。　　在第二个工作中，深入研究了页岩气在地质条件下的渗透机理，即页岩气在有机质页岩圆孔中的渗透过程。首先，建立了不同孔径的有机质圆孔模型，在圆孔两端分别放置一层石墨烯层板，并把石墨烯层的中部抠出一个与圆孔孔道相同大小的圆洞，以保证页岩气可以通过圆孔。延续了先前工作的模拟方法，采用DCV-GCMD模拟方法来模拟页岩气在有机质圆孔中的渗透过程。不同的是，通过控制外部条件来保证所模拟的过程涵盖了Kn在0.01到10之间的情况，也就是扩散机理未覆盖的空白区域。通过统计流量，计算渗透系数，发现，页岩气在有机质圆孔中的渗透系数随温度的上升而有所波动;随压力增大而减小;随孔径的增大而单调减小。在此基础上，定量的分析了页岩气在有机质圆孔中渗透系数，从而可以得到页岩气在地质深度页岩中的扩散和渗透机理，这对指导页岩气的开采有重要意义。