我国页岩气地质资源非常丰富,如何高效、低成本、洁净开采页岩气已成为目前首要解决的问题。目前国内外等温吸附实验多局限在测定真实页岩及单、两组分黏土矿物的吸附量,未见已知三组分混合黏土矿物吸附量实验研究报道,缺少黏土矿物之间相互作用对吸附量的影响实验研究。传统的等温吸附模型适用范围不同,需要根据实际曲线形态进行拟合,对混合黏土矿物的适用性需要考证。针对黏土的纳米孔隙对气体吸附微观机理研究还不深入,严重制约了页岩气赋存机理等相关研究。为此,本文在宏观吸附实验基础上,研究了单组分矿物的相互作用对混合黏土矿物吸附量的影响。利用分子模拟方法研究甲烷气体在黏土矿物中的微观吸附机理,量化研究不同温压、孔径条件下甲烷吸附量与分子间作用能、吸附热、吸附相密度、吸附位等参数的关系,揭示了页岩气的吸附微观机理,为探索页岩气的赋存机理和开采页岩气奠定基础。通过研究取得了以下认识:(1)采用重量法测定了相同温度下的蒙脱石、高岭石、伊利石与绿泥石的等温吸附曲线,结果表明其吸附量大小次序为:蒙脱石>高岭石>绿泥石>伊利石。(2)采用重量法测定了蒙脱石、高岭石、绿泥石三组分混合黏土矿物的等温吸附曲线,通过与单组分等温吸附实验对比,发现曲线形态均呈现出Ⅰ类吸附的特征,且蒙脱石的含量对三组分混合黏土矿物的等温吸附量影响最大。(3)建立了一个考虑矿物含量、实验温度影响的三组分混合黏土矿物等温吸附预测模型,绘制了三组分混合黏土矿物的等温吸附量预测图版。(4)利用分子模拟方法,研究了甲烷在蒙脱石、高岭石、伊利石纳米孔隙中的微观吸附机理,量化研究了不同温压、孔径条件下甲烷吸附量与分子间作用能、吸附热、吸附相密度、吸附位等参数。研究表明,甲烷在黏土矿物中的吸附量随着温度的升高而降低,孔径的增加,会增加黏土矿物的等温吸附量,孔径、温度的增加,均会降低甲烷在黏土矿物中的等量吸附热,并且甲烷在黏土矿物孔隙中的吸附为物理吸附。