水蒸气吸附是控制页岩储层中水分赋存、气体存储与运移行为的基础过程。在富有机质页岩中，吸附水会占据亲水矿物表面与有机官能团位点，降低甲烷吸附容量，并改变孔隙可及性与运移通道，是影响页岩气原地含气量评价与压裂液低返排现象的重要机制。龙马溪组页岩地层水饱和度差异显著，孔隙网络内的水分赋存状态表现出强非均质性，而天然页岩复杂的孔径分布、混合矿物—有机表面与受限孔隙连通性，使得不同受限程度的水组分常在同一外部湿度下共存，传统"单层吸附—多层吸附—毛细凝聚"的清晰机制边界难以成立。如何同时约束"湿度控制的吸水"与"时间控制的再分布"，是页岩水—岩相互作用研究的关键难点。
图1 页岩孔隙网络中水蒸气吸附与再分布的概念示意图
针对上述问题和难点，以龙马溪组页岩样品为对象，将短期动力学水蒸气吸附（DWVS）与长期过饱和盐溶液—核磁共振（OSS-NMR）观测相结合，系统刻画了相对湿度（RH）控制的吸水行为与时间控制的水分再分布过程。
图2 基于 T₁-T₂ NMR 图谱中水蒸气吸附过程中 T₁-T₂ 弛豫行为的概念性双域解析
研究取得三方面主要认识。一是明确了吸附容量与分形特征。龙马溪页岩的总水蒸气吸附容量为 12.6–19.9 mg/g；对 10–75% RH 区间的 Dent 模型拟合显示，一级、二级吸附容量分别为 2.29–5.57 mg/g 和 3.50–7.49 mg/g；对 75–95% RH 区间的 FHH 模型拟合给出分形维数 2.51–2.75，数值越高表明高湿条件下的吸水响应越复杂。二是识别出可复现的吸水加速拐点。导数分析与独立变点分析一致显示，页岩在 78.0–83.1% RH 出现吸水速率抬升，均值 80.3±1.8% RH，指示吸水过程由相对平缓向加速渐进转变，而非机制间的直接切换。三是捕捉到恒定湿度下的水分再分布。 175 天 NMR 观测显示，T₂ 峰逐步偏移，T₁–T₂ 信号域由受限弛豫域向弱受限弛豫域扩展，表明表面受限作用随时间减弱，水分在孔隙网络内部持续发生缓慢再分配，提示 OSS 类方法若平衡时间取得过短，将系统性误判水的赋存状态。上述成果为评估页岩储层中水分赋存及其对气体存储与运移的影响提供了数据驱动的实验框架，对含气量评价与压裂液返排效率研究具有参考意义。
研究成果发表在煤炭与油气地质领域国际重要期刊 International Journal of Coal Geology。论文第一作者为中国石油大学（华东）地球科学与技术学院教师王齐鸣，通讯作者为中国石油大学（华东）地球科学与技术学院、深层油气全国重点实验室教授胡钦红。合作者为中国石油大学（华东）研究生闫伟星，王涛；博士后赵晨，中国石油焦鹏飞，端祥刚，美国Rnage能源公司张宇翔。
论文信息：Qiming Wang, Weixing Yan, Pengfei Jiao, Qinhong Hu, Tao Wang, Yuxiang Zhang, Xianggang Duan, Chen Zhao. Water vapor uptake and redistribution in shale: implications for RH-dependent water occurrence in heterogeneous pore networks. International Journal of Coal Geology, 326 (2026) 105110. DOI: 10.1016/j.coal.2026.105110
