我国海相页岩气勘探开发在四川盆地取得了重大进展,页岩气勘探目的层主要为志留系龙马溪组,勘探深度从中浅层向深层拓展。开展中浅层与深层龙马溪组页岩储层特征及页岩气赋存机理研究,对四川盆地海相页岩气有利储层优选与页岩气资源评价,以及实现页岩气勘探更大突破,具有重要的理论和现实意义。本论文应用非常规油气地质学、有机地球化学、矿物学等学科的理论知识,采取野外地质调查与室内实验分析测试、宏观与微观相结合的方法,以长宁区块龙马溪组中浅层页岩和泸州区块龙马溪组深层页岩为主要研究对象,对四川盆地南部（简称“川南”）地区龙马溪组中浅层与深层页岩储层特征、孔隙结构、有机质成熟度指标、笔石页岩储层特征、页岩气地球化学特征与成因、页岩含气性及页岩气赋存机理进行了研究。论文主要取得了如下认识和成果:通过对页岩有机质特征、全岩矿物含量、孔隙度、渗透率特征相关的实验测试,明确泸州区块龙马溪组深层与长宁区块中浅层页岩的差异性。川南地区龙马溪组深层和中浅层页岩有机质类型均为Ⅰ-Ⅱ1型,泸州区块深层页岩的有机碳含量比长宁区块中浅层的高,而有机质成熟度（Ro）比长宁区块低。泸州区块龙马溪组深层页岩孔隙度较大,渗透率明显低;具有高石英含量（平均为44.25%）,低黏土矿物含量（平均为29.03%）、高脆性矿物含量（平均为57.35%）和高脆性指数（脆性指数Ⅱ平均为67.44%）的特征,不同于长宁区块龙马溪组中浅层页岩,其储层可压裂性较好,具有良好的储集性能,有利于深层页岩气的赋存富集。利用扫描电镜（SEM）、场发射扫描电镜（FE-SEM）和孔径分布统计软件（PCAS）,研究了川南地区龙马溪组中浅层与深层储层孔隙类型和结构,泸州区块龙马溪组深层页岩孔隙排列杂乱且定向性差。与龙马溪组中浅层页岩相比,深层页岩中微孔对总孔容的贡献较大,而介孔对总孔容贡献较小;微孔对总比表面积贡献较大,而介孔和宏孔对总比表面积的贡献较小。微孔和介孔受总有机碳（TOC）含量控制作用明显,石英含量与微孔和介孔的孔容和比表面积呈正相关,而黏土矿物含量与孔容和比表面积的相关性均不明显。笔石体轴部或者笔石体翼部,几乎全部为碳元素,说明碳元素是笔石体原始成分;而围岩中钙、硅、硫、铁和铝等所占比例较大,几乎没有碳元素。基于激光拉曼光谱峰间距和峰强度比等参数,建立了龙马溪组页岩笔石随机反射率与成熟度的指标的关系式,同时对比与固体沥青、干酪根等不同成熟度指标的异同。川南地区龙马溪组高丰度笔石页岩中石英矿物含量、孔隙度、渗透率高于低丰度笔石页岩,TOC含量与笔石体丰度的相关性较小,说明笔石对页岩气生成的贡献较小。在有机质热演化过程中,含笔石丰度高的页岩生烃程度较高,同时伴随有微孔隙的出现,这些微孔隙有利于页岩气的储集赋存。泸州区块龙马溪组深层页岩气的烷烃气含量较中浅层低,但甲烷含量均占比最大,其次为乙烷、丙烷,未检测出丁烷成分,亦有二氧化碳和氮气等非烃类气体存在,属于典型的干气。川南地区龙马溪组中浅层和深层页岩气均属于热成因气。过成熟或高温条件为川南地区龙马溪组页岩气碳同位素倒转的主要控制因素,还包括同源不同期烷烃气混合、干酪根与原油的二次裂解等其他因素。川南地区吸附态页岩气含量为1.18～2.54 m~3/t,长宁区块和泸州区块游离气平均含量分别为5.9 m~3/t和8.5 m~3/t,泸州区块龙马溪组深层页岩含气量高于长宁区块中浅层。超临界吸附机理认为第一吸附层对甲烷吸附量贡献最大,富有机质页岩中不同类型孔隙中甲烷吸附量由大到小依次为有机质孔隙、黏土孔隙、石英孔隙。泸州地区龙马溪组深层页岩中甲烷分子吸附量随微孔孔径的增大而增大,随着中孔孔径的增大而减小。相同孔径下,不同类型的黏土矿物孔隙见甲烷的过剩吸附量和绝对吸附量差异较小。纵向上TOC含量、含水饱和度是影响吸附气含量的主要因素,而游离气含量主要受孔隙体积、含水饱和度的影响。横向上页岩气含量受温度、压力、沉积环境的影响。