页岩气析出过程中甲烷稳定碳同位素分馏效应主要受吸附-解吸和扩散作用控制,目前对于扩散作用造成的碳同位素分馏机制已有相对成熟的认识,而对于页岩气吸附-解吸过程中甲烷稳定碳同位素分馏的定量研究较为薄弱。本论文以重庆地区下古生界海相页岩为研究对象,通过钻井现场开展页岩含气量解吸实验、以及后续在实验室开展等温吸附-解吸实验、气体组分和同位素分析、页岩地球化学及储层特征分析,研究页岩解吸过程中烷烃气体碳同位素值变化特征及规律,定量评价吸附-解吸过程中甲烷碳同位素的分馏效应;建立页岩气吸附-解吸和扩散过程中的碳同位素分馏模型进行数值模拟计算,并与现场解吸实验及实验室吸附-解吸实验数据进行相互验证。据此研究页岩气析出过程中碳同位素分馏效应、影响因素及其对页岩含气性、赋存状态评价的地球化学意义。研究取得的主要认识如下:岩心样品地球化学和储层物性分析表明,五峰组-龙马溪组龙一1~4小层富有机质页岩样品的总有机碳含量（TOC）平均为3.6%,等效镜质体反射率均值为2.6%,处于过成熟阶段。页岩有机质孔隙较为发育,孔径半径多在2nm～200nm之间;无机孔隙以粘土矿物层间孔和碳酸盐岩矿物溶蚀孔为主,粘土矿物层间孔隙为狭长状孔缝,孔缝长约100nm～1.2μm,碳酸盐岩矿物溶蚀孔不均匀分布,部分方解石内部发育50nm～200nm粒内溶孔;粘土矿物总含量在纵向上的变化与脆性矿物含量具有相反的变化特征,具有随着深度的增加逐渐减少的趋势。页岩气现场解吸气体组分和同位素分析表明,解吸气体组分主要为甲烷,平均含量为96.1%,其次为氮气、二氧化碳,乙烷组分含量极低,平均为0.18%,随着解吸时间的增加,甲烷含量呈现出微弱减小的趋势;甲烷和乙烷碳同位素值在解吸中晚期均会呈现变重的趋势,其中甲烷碳同位素平均分馏变重幅度为17.6‰,乙烷最大分馏幅度为15.1‰。基于重量法等温吸附仪实验研究发现,等温吸附-解吸实验中收集解吸气体碳同位素分馏幅度可达1.4‰,模拟计算显示纯吸附-解吸作用能造成的甲烷稳定碳同位素变重幅度可达到8.3‰。综合扩散和吸附/解吸作用过程中产生的同位素分馏效应,运用双孔隙气体流动模型和SIMEDⅡ软件对页岩气析出过程中同位素分馏数值模拟结果表明,吸附-解吸过程产生中的碳同位素分馏对于整个页岩气析出过程中的同位素分馏效应不可忽视。页岩气开采早期以产出游离气为主,其中龙一1~4小层游离气达到90%以上,后期吸附气气产气比例逐渐增加到40%,五峰组页岩初始解吸气体中游离气占比达60%,吸附气为40%左右,最终吸附气占比可达90%。地层压力系数、脆性矿物含量、解吸气含量与甲烷稳定碳同位素值分馏变重幅度呈正相关,粘土矿物含量越高甲烷碳同位素分馏变重幅度越低;研究页岩气解吸过程中甲烷稳定碳同位素分馏规律及机理,对于运用甲烷稳定碳同位素分馏精确恢复页岩气含气量、确定页岩气所处产出阶段具有重要意义。