页岩储层基质储渗空间结构特征与复杂气体传质机制的认识不足是制约我国页岩气勘探开发进程的重要因素之一。开展对页岩基质气体多尺度传质机理的研究,能够为页岩气的高效开发提供基础依据。选取川东龙马溪组露头页岩岩样,对露头页岩矿物组成及孔渗物性参数进行实验分析。结果显示页岩基质石英等脆性矿物含量高达58%左右,粘土矿物为27%左右,孔隙度为2.89~7.07%,渗透率为0.008~0.0514×10-3μm2。揭示了工区页岩储层低孔、特低渗发育,含大量的微纳米孔隙和微裂缝,微裂缝的存在增加了页岩基质孔隙度,但其不同程度的连通性导致渗透率与孔隙度之间相关性差,相关系数为0.19。运用场发射扫描电子显微镜、压汞、低温氮吸附等方法对页岩基质孔隙结构特征进行表征。揭示了页岩基质孔隙纳米到微米级别的多尺度发育特征,以纳米孔隙为发育主,其中基质孔隙主要以有机质纳米孔及石英长石等溶蚀铸模孔形式存在,微裂缝主要以片状矿物层片间形式存在;孔径在2~20nm的微孔孔隙体积占比最高,可达60%左右,孔径在20~50nm的中孔孔隙体积占比次之,可达30%左右;孔隙结构近似变直径圆柱形毛细管物理模型。利用自行组装的基质孔喉-微裂缝“串、并联”耦合气体传质装置进行了页岩基质气体传质效率评价。结果显示页岩基质表观渗透率受气体滑脱效应及分子扩散作用影响明显,表现为“并联”传质系统流量倍数随驱替压差的增加而增大,“串联”传质系统F-F-M配置方式气体传质能力最优。基于气体多尺度传质特征实验,分析气体滑脱效应及分子扩散作用对气体传质过程的作用机理,考虑页岩气藏基质孔喉多尺度特征、气体赋存状态、储层含水特性、气体传质特征等相互间的关系,引入气体吸附层分子厚度与水膜厚度参数修正页岩气藏有效孔径尺度,并利用变直径毛细管孔隙模型,改进现有页岩基质气体传质模型,最终建立一种受气体吸附层分子厚度与水膜厚度、气体扩散作用、滑脱效应等影响的页岩基质内气体传质数学物理模型,揭示页岩储层基质天然气传质机制。