泥页岩可形成于陆相、海相及海陆交互相沉积环境中。暗色泥页岩的形成环境主要为缺氧的闭塞海湾、潟湖、湖泊深水区、欠补偿盆地及深水陆棚等 [3] ，我国松辽、鄂尔多斯盆地等中新生代坳陷，渤海湾盆地等新生代断陷，都沉积了厚层湖相富含有机质泥页岩。综合国内相关学者研究成果，认为泥页岩沉积环境具有以下特点：

相对闭塞，深水、低水动力。美国著名的产气页岩——福特沃斯盆地密西西比系Barnett页岩是一套富含有机质的黑色页岩，沉积于狭长的深水前陆盆地(陡坡–盆地)的内海环境 [7] ，与开阔海少有水体交换且距物源区较远，相对闭塞。Bhattacharya J P (2009)和Boggs S (1995)指出，大量的细粉砂和黏土等悬浮沉积物以及足够弱的水动力是形成泥页岩的重要条件 [7] [8] 。

诸多研究者 [9] - [18] 通过地化测试分析泥页岩，尤其是优质烃源岩的沉积环境，并尝试通过分析沉积物中有机硫化合物古环境和古生态信息来反映细粒沉积环境 [19] 。刘传联 [9] 、朱光有 [10] 等通过对东营凹陷古近系碳酸盐岩样品碳、氧同位素组分的分析表明，沙一段和沙四段沉积时期的古东营湖均是封闭型湖泊。田景春，曾允孚 [12] 等在研究东营凹陷沙三段上部的泥岩过程普遍发现具代表低能环境的微细水平层理，认为其形成环境为半深湖。

还原、咸水环境。美国密西西比系Barnett页岩风暴浪基面及最小含氧量面之下为一贫氧–厌氧的环境。西弗吉尼亚纹层泥岩中含丰富的有机质和黄铁矿，指示了还原性沉积环境 [19] 。刘华等(2006)对胶莱盆地暗色泥岩的分布特征进行了相关研究，认为莱阳凹陷泥页岩形成于强还原、半咸水–咸水沉积环境 [20] 。王丽波、苏爱国等对青藏高原羌塘盆地中生界发育三套海相黑色泥页岩进行了研究，指出其形成环境为有机质比较丰富且易于保存的营养型还原性沉积环境 [21] ，以台地相为主，其次为盆地相和三角洲相。朱光有、金强 [22] 根据对东营凹陷中沙三中–沙三下泥岩段有机碳含量测定及古盐度计算，认为东营凹陷沙三下沉积时水体为微咸水–半咸水环境。

沉积速度缓慢的欠补偿盆地。朱光有(2004)认为东营凹陷沙四中亚段沉积时期湖盆处于封闭状态，沉积速度十分缓慢，盆地充填呈现出欠补偿状态，形成了以蒸发岩序列与深灰色泥岩、油页岩、软泥岩间互层的盐湖沉积体系 [10] 。

总体上看，具有生烃潜力的泥页岩一般分布在沉积速度缓慢(饥饿性沉积)盆地的沉积–沉降中心，沉积环境为深水、低水动力条件下的缺氧环境，包括浅海–深海陆棚相，台地相硅质、钙质黑色泥页岩和陆相的咸水–半咸水深湖–半深湖相以及海陆交互相中与煤层相伴生的碳质页岩。陆相断陷湖盆页岩等细粒沉积形成过程中物理、化学、生物等多重作用的复杂性，沉积环境受控因素多样 [22] [23] ，近些年随着半深湖–深湖页岩沉积环境的研究，细粒重力流被认为是深湖环境重要的沉积作用之一 [24] 。

泥页岩中主要含有黏土矿物(高岭石、伊利石、蒙皂石等)，此外还含有碎屑矿物(石英、长石等)以及自生的方解石、石膏等 [24] - [33] 。大量统计表明，黏土矿物含量高的泥页岩塑性强；随着脆性矿物成分含量的增加，岩石的强度和脆性程度提高，细粒沉积岩层中裂缝的密度增大。

美国产气页岩中石英含量为28%~52%，碳酸盐含量为4%~16%，总脆性矿物含量为46%~50%。福沃斯盆地Barnett页岩实为硅质泥岩，尤其下Barnett页岩地层中含有更多的硅质或钙质矿物，上Barnett页岩和下Barnett页岩均含有一些黄铁矿 [34] - [37] ；在福沃斯盆地Barnett页岩气产量最高的一套页岩中，石英质量分数为45%，而黏土矿物质量分数只有27%。

通过调研我国四川盆地志留系龙马溪组、松辽盆地白垩系青山口组、鄂尔多斯盆地三叠系延长组以及泌阳凹陷核桃园组、东营凹陷沙河街组三段、渤南洼陷沙河街组三段、四段所发育的细粒沉积岩矿物组成特征，发现不同类型盆地中发育的细粒沉积岩在矿物组成上存在较大差异 [38] - [44] 。但多表现为脆性矿物含量较高，普遍含石英等特点。马文辛，刘树根等(2012)对四川盆地周缘下寒武统筇竹寺组泥页岩储层的研究中发现，筇竹寺组下部泥页岩矿物组成中石英和长石占绝大多数，脆性矿物含量高，其中隐晶质石英平均质量分数为17.2% [43] [44] 。济阳坳陷古近系三套泥页岩全岩矿物主要以碳酸盐为主，其次为黏土矿物和石英，普遍含有黄铁矿，碳酸盐均以方解石为主。东营凹陷古近系泥页岩的全岩矿物组成主要为黏土矿物和碳酸盐，普遍含有石英，脆性矿物含量普遍高于黏土含量 [45] ；渤南洼陷古近系沙一段、沙三下和沙四上亚段三套泥页岩全岩矿物组成均表现出低黏土、高脆性矿物的特征 [25] 。近些年关于页岩矿物组成分研究集中在关于页岩中黏土矿物、自生石英及碳酸盐矿物成因研究 [46] - [49] 。

岩相，是根据其岩石学(物理的、化学的和生物的)特征与相邻单元进行区别的岩石单元。同一成因单元的不同部分，也就是在同一亚环境或微环境的不同部位通常存在能量的高低差异，因而发育不同的岩相 [23] 。有别于岩石，岩相既反映现今的岩石组合面貌，又体现一定的沉积环境，是对沉积微相的进一步细分。因此，任何能反映沉积环境因素的岩石学及古生物学标志均可作为岩相和类型的划分标志。

国外岩相研究多集中在海相、海陆过渡相泥页岩，并通过原始沉积构造和生物扰动特征重建泥页岩沉积时的沉积条件 [50] - [62] 等，分别以层理、结构、生物群、成分、成因及纹理、矿物成分等为依据，对页岩进行岩相划分 [50] - [61] 。如Jurgen Schieber (1989)提出页岩包含大量的纹理特征信息，据此可以将美国中元古代Newland地层中页岩划分为条纹页岩、灰色白云页岩、钙质粉砂质页岩、碳质颗粒页岩、碳质漩涡状页岩、粉砂质页岩等岩相。国内学者对于岩相的划分主要依赖于岩性和岩石构造特征。四川盆地筇竹寺组由多种岩相组成，主要为黏土–粉砂级细粒沉积，马文辛等(2012)根据矿物成分、碎屑、生物和结构特征不同，将四川盆地筇竹寺组下部分为富有机质(碳质)非纹层状泥页岩、钙质泥岩、纹层状粉砂质泥岩或泥质粉砂岩、(含)硅质泥岩、粉砂质灰岩等7种主要岩相 [43] 。

相较于海相页岩，湖相深水细粒沉积岩在矿物组成组构、沉积构造等方面更为复杂，中国陆相湖盆页岩纹层结构发育，发育有富凝灰质纹层、长英质纹层(粉砂质)、富有机质纹层、碳酸盐质纹层、生物纹层、粘土纹层等，不仅不同盆地岩相存在差异/同一盆地的不同区带不同层系页岩岩相也千差万别 [62] [63] 。针对该特点，近几年，姜在兴等进行了有益的探讨和研究 [41] [60] [64] [65] ，多在沉积成因限制下，依据矿物成分、岩石类型、沉积构造、颜色、有机质含量、其他混入物等特征，对岩相进行大类及亚类的划分( 表1 )，并进行测井识别，开展岩相垂向演化及平面展布特征研究。

不同沉积环境，尤其是水介质环境发育的主要岩相类型存在差异 [62] [66] - [69] ，淡水湖盆形成的页岩层系以长英质–黏土质页岩为主要岩相，如松辽盆地上白垩统青一段和鄂尔多斯盆地三叠系长7段页岩；而咸水湖盆陆相页岩以富碳酸盐–蒸发岩类岩相为主，济阳坳陷古近系沙河街组是典型的实例。近些年，部分专家针对济阳泥页岩富碳酸盐基本特点，提出了基于岩石组分、沉积构造、结晶程度和有机质丰度“三端元四要素”岩相划分方案( 图1 )，依据三端元矿物类型和含量，将页岩划分为碳酸盐类页岩(I)、粘土类页岩(II)、长英类页岩(III)及混合类页岩(IV)，再依据沉积构造、有机质含量及碳酸盐矿物晶体形貌进行岩相类型细分。将济阳坳陷古近系泥页岩岩相细为16种，其中富有机质纹层状碳酸盐页岩和混合页岩最为发育( 图1 )，在水体相对较浅的南部缓坡带，厚度30~50 m的小层内，灰色的富有机质纹层状碳酸盐页岩厚度占比超过50%，最多达到90%。发育受气候、物源和水介质控制，富有机质纹层状岩相受季节性气候控制明显，是内源生物化学作用和外源机械絮凝作用交替耦合的产物，奠定了页岩岩相预测的理论依据。近几年，随着陆相页岩油勘探突破，不同类型页岩油产能突破井段往往是两种或者多种岩相的组合 [45] [46] ，岩相组合的概念开始逐渐得到应用。