通过野外重点剖面的剖析、两口浅井(环页1井和鹿页1井)岩芯样品的采集以及有机碳含量测定、X-射线衍射分析、扫描电镜观察、液氮吸附脱附实验、核磁共振法、CT扫描、等温吸附实验等多种测试方法的分析,论文系统探讨了桂中坳陷及周缘上古生界海相页岩地球化学特征、矿物学特征、储层物性特征、微观孔隙结构特征、分形特征、含气性特征及保存条件特征,揭示了页岩气形成的地质条件、富集规律与控制因素,最后在各层系优选出海相页岩气勘探开发有利区块。论文主要取得以下成果认识:(1)桂中坳陷及周缘上古生界3套富有机质海相泥页岩为下泥盆统塘丁组、中泥盆统罗富组、下石炭统岩关组。泥页岩有机质丰度较高-高,累积厚度大,有机质类型主要为Ⅰ-Ⅱ型,处于高-过成熟演化阶段,具有良好的生烃条件。(2)桂中坳陷及周缘上古生界海相泥页岩具有高石英、低黏土、低碳酸盐矿物的组成特征,具低-中孔、低-中渗以及中等-好突破压力的特点,整体具备较好的储集物性。泥页岩中发育了丰富的微孔隙(黏土矿物层间孔、有机孔等)及微裂缝,纳米级孔隙和微米级孔隙之间的连通性较差。纳米孔隙以两端开口的圆筒形孔或四边开放的平行板状孔为主,孔隙连通性较好,有利于页岩气扩散与渗流。纳米孔隙分形维数越大,孔隙结构越复杂,其对天然气的吸附和存储能力越强。位于较深部的下石炭统岩关组泥页岩微米级孔隙含量较少,且孔隙之间没有明显的连通喉道,不利于气液渗流。根据等温吸附试验测试结果,下泥盆统、中泥盆统和下石炭统泥页岩最大吸附含气量分别为2.85m3/t、3.19m3/t和3.70m3/t。上古生界页岩的含气量较高,推测在地下条件较好的情况下能聚集足够的海相页岩气,且泥页岩中有机碳含量越高,吸附含气量就越高。鹿页1井中泥盆统东岗岭组、环页1井下石炭统岩关组分别因有机碳含量较低和局部页岩保存条件被破坏的原因,页岩气现场解析量均较低。(3)桂中坳陷上古生界中-下泥盆统泥页岩属于Ⅱ-Ⅲ类盖层,封盖能力一般-较好,为主要的区域盖层,西北部和东部地区较发育;下石炭统泥质岩属Ⅰ-Ⅱ类盖层,封盖能力好,是重要的局部盖层。坳陷东部、东北部上古生界地层断裂发育,大气水下渗强烈,水文地质开启程度较高,发育中、高温温泉,整体处于大气水下渗向心流区,油气保存条件相对较差。马山断凸中北部、红渡浅凹中部等坳陷中西部地区,构造相对稳定,受大气水下渗影响较弱,中泥盆统及以下地层处于滞留区,地层剥蚀厚度也较小,油气保存条件相对较好。(4)通过研究,对各层系海相页岩气赋存有利区进行了优选。认为下泥盆统塘丁组海相页岩气有利勘探地区为桂中坳陷西北部的南丹、河池一带,中泥盆统罗富组海相页岩气有利勘探地区为坳陷东部的来宾至柳州、南部的宾阳一带;下石炭统岩关组下段海相页岩气有利勘探地区为桂中坳陷西北部,尤其是南丹河池一带最为有利。