作为天然气在页岩中的主要储集和运移空间的微孔隙(缝),其结构特征对天然气在页岩中的扩散行为发挥着主控作用。前人对于页岩孔隙结构已经获得大量的认识,但对于页岩孔隙有效性及孔隙对页岩气的扩散行为影响研究非常薄弱。研究选取南华北盆地二叠系海陆过渡相页岩作为研究对象,采用定性观察、实验测试、拟合计算以及相关性分析的手段和方法对页岩孔隙有效性以及页岩气扩散行为进行了研究。南华北盆地二叠系过渡相页岩微观孔隙包括粒内孔、粒间孔、有机孔以及裂缝,粒间孔分为颗粒棱角支撑和粗糙颗粒边缘支撑两种类型。粒内孔主要发育在方解石、黄铁矿、黏土矿物以及金红石内。金红石具有多孔结构,对部分南华北盆地二叠系页岩具有较高孔隙贡献。过渡相页岩有机质中的宏孔和介孔发育在塑性较强的有机质中,受到有机质类型和可溶矿物的共同控制,微孔则在所有类型有机质中均有发育。通过不同损伤样品的对比观察,总结了天然裂缝的结构特征。对比发现微孔孔容受损伤程度影响较小,介孔孔容则随损伤程度的增加而增加,宏孔孔容则表现为无规则变化特征。结合主控因素拟合分析提出了计算页岩有效微孔经验公式,指出了过渡相页岩中微孔受到有机质和黏土矿物主控,介孔受到伊利石和伊蒙混层主控,解释了不同损伤程度对有效介孔分析的影响。页岩气在过渡相页岩中扩散速率主要受有机质和粘土矿物影响。利用单孔扩散模型和双一阶动力学模型对常温解吸数据进行拟合分析发现,多数过渡相页岩常温解吸包括快速扩散和慢速扩散两个阶段。有机质由于具有较大的比表面积以及充填孔隙的特征会降低解吸实验中页岩气扩散速率用,高岭石会降低慢速扩散阶段页岩气的扩散速率,伊蒙混层对岩心样品中天然气快速扩散有促进作用。页岩组分对于天然气扩散速率的影响实质上是不同组分中孔隙结构对于天然气的控制作用。在岩心样品中,微孔对页岩气快速扩散和慢速扩散阶段中天然气的扩散均为限制作用,介孔为天然气运移提供通道对页岩气的快速扩散有促进作用。通过分析页岩气损失阶段环境变化对孔隙结构的影响,提出了基于常温解吸数据计算地表条件损失气量,基于地温解吸数据计算井中损失气量的思路。对比基于单孔扩散模型的USBM法和双一阶扩散模型计算页岩损失气量的原理和结果,发现USBM法由于仅考虑常温页岩解吸数据会严重低估页岩的实际损失气量。利用双一阶动力学扩散模型分别计算地面损失气量和提钻过程中页岩在井中损失气量是更为合理的计算方法。在未引入泥浆和井筒影响时过渡相页岩气的损失主要发生在井中提钻过程。但这一方法由于未考虑到泥浆和井筒的影响,所得损失气量会大于实际页岩损失气量。虽然存在一定的不足,但这一计算方法相比于前人对于损失气的计算方法更具合理性。研究对页岩孔隙结构研究及页岩气扩散行为研究具有科学意义和实际意义。