针对陆相断陷湖盆泥页岩基础研究薄弱、有利储集空间类型及成因不确定和储层有效性评价不完善的问题,论文以苏北盆地阜二段以及济阳坳陷东营凹陷和沾化凹陷沙四上亚段-沙三下亚段泥页岩为主要研究对象,综合利用岩心、地球物理和分析化验资料,运用层序地层学、沉积学、矿物岩石学和岩石力学等相关理论知识,采用“岩心-薄片-扫描电镜”多尺度观察手段,借助热模拟实验设备和数字岩心技术开展泥页岩层序地层、沉积环境、成岩作用和储集空间综合研究,并在泥页岩油藏特征总结基础上,从地质成因角度提出泥页岩储层有效性评价方法。基于构造伸展沉降造成闭流湖盆相对湖平面下降的假设,确定了阜二段和沙四上亚段层序界面形成机制,选择适用于湖相泥页岩的四分型层序地层划分方案划分体系域,并通过地震反射特征、地层展布范围和岩性组合及测井曲线响应特征识别体系域界面,进而结合基于岩心观察总结的理想化沉积序列及水体盐度变化,在单井上划分盆地不同构造带的泥页岩准层序组和准层序类型,并在此基础上利用沉积序列及其测井曲线响应实现连井层序地层对比。将阜二段和沙四上亚段各划分为一个三级层序和四个体系域,包括湖泊低水位体系域、湖侵体系域、湖泊高水位体系域和湖泊下降体系域,其中富有机质泥页岩主要发育在湖侵体系域和湖泊高水位体系域。以阜二段泥页岩为例,分析了泥页岩沉积条件,建立了泥页岩综合沉积模式,明确了富有机质泥页岩的沉积环境。阜二段泥页岩整体为中南亚热带干热气候控制下的近海陆相湖泊沉积,后期变湿润,其水体环境为半咸水,强还原,持续扩张且分层中等。阜二段泥页岩存在短暂海侵且具有沉积分区特征,据此划分为浑水淡化沉积和清水咸化沉积两大类,包括浑水区浑水淡化沉积、过渡区净水半咸化沉积和清水区静水咸化沉积。在局部隆起的古地貌背景下,结合湖泊垂向分层、平面分区的特征,建立了气候控制下的平缓台地型泥页岩综合沉积模式,其中富有机质泥页岩形成于干热气候与湿润气候转换期或湿润气候期,沉积于为静水、半咸水、强还原和水体分层的水介质条件中,分布在远离粗碎屑物质的浑水区末端-清水区范围内,富集于古地形低洼部位。采用岩心宏观构造和岩石类型相结合的方法提出了一种泥页岩岩相划分方案,确定了富有机泥页岩的特征及成因。根据有机质的重要性及成因意义,在分类方案中引入有机质组分含量,并采用“四组分三端元”的分类原则。首先根据有机质体积分数是否超过15%,将泥页岩划分为富有机质泥页岩和贫有机质泥页岩两大类,进而重点对贫有机质泥页岩采用“三级命名”的原则进行细分小类。在此基础上,考虑到实用性和保留传统名称,简化了分类名称,实现了对阜二段和沙四上亚段-沙三下亚段泥页岩的岩相划分,主要发育油泥(页)岩和页状灰(云)质黏土岩等十七种岩相,其中富有机质泥页岩具有纹层-页状构造、高有机质含量和(富)含灰(云)质特征。泥页岩为混积成因,其岩石组分和宏观构造具有沉积环境和沉积作用强度的指示意义。以阜二段泥页岩为例,识别了泥页岩成岩作用类型,划分了成岩阶段,建立了成岩演化序列,确定了主要储集空间类型,并在此基础上开展热模拟实验,总结了基于热模拟实验的泥页岩成岩演化模式,明确了有机质孔的成因。泥页岩成岩作用类型包括压实作用、溶蚀作用、胶结作用、交代作用、白云石化作用、黏土矿物脱水收缩与转化作用和有机质热演化;成岩阶段主要处于中成岩A期,部分处于早成岩B期和中成岩B期;经历了蒙脱石层间坍塌缩水,伊蒙混层快速形成与转化、有机质大量生烃和不稳定组分溶蚀以及裂缝被自生矿物充填的成岩演化序列;溶孔和裂缝是主要的储集空间类型,其次为有机质孔。在此基础上,选取具有不同干酪根类型的低成熟度富有机质泥页岩样品开展热模拟实验,结果表明随着实验温度增加,黏土矿物发生转化,不稳定矿物溶蚀增强以及干酪根热解生烃作用产生的有机质孔增加但特征不同,其中Ⅰ型干酪根为“解聚型”的途径生烃,以整体收缩而产生有机质边界孔为主;Ⅲ型干酪根为“平行脱官能团型”的途径生烃,以残留惰性碳骨架而产生有机质内部孔和有机质边缘孔为主;Ⅱ型干酪根介于两者之间,有机质内部孔、有机质边缘孔和有机质边界孔均可发育。以阜二段泥页岩为主,系统研究了有机质孔的类型、特征、影响因素和演化规律。有机质孔具有原生和次生两种成因,其中次生有机质孔形态多样,分布具有非均质性,特别是当有机质达到一定成熟度时,Ⅱ型干酪根内部结构呈似蜂窝状连通体,并被基于FIB-SEM资料的有机质孔数字岩心三维重构模型证实;温度、上覆岩层压力、无机矿物和流体是影响有机质孔发育的外部条件,而有机质类型、有机质成熟度和有机质含量是控制有机质孔发育的内部因素;有机质孔表现出阶段性和差异性演化特征,这与不同干酪根类型热解生烃过程中的组构演化和生烃机制密切相关,且被热模拟实验证实。以沙四上亚段-沙三下亚段泥页岩为主,系统总结了自然流体压力缝的类型、特征和成因。早期泄水缝以其蛇曲形态为典型特征,纤维状方解石脉充填顺层脉状裂缝与流体超压导致的裂缝发育和方解石结晶密切相关,而干酪根生烃增压形成的生排烃缝普遍充填沥青。针对生排烃缝的特征及成因,选取富有机质泥页岩样品开展高温高压热模拟实验,结果表明生排烃缝具有以干酪根为起裂点,顺纹层方向延伸,沿颗粒边界扩展,末端弯曲和纵向裂缝连通的特征。孔隙流体压力和岩石破裂强度是生排烃缝形成的主要影响因素,其中干酪根快速生烃增压为裂缝起裂提供了动力,而泥页岩物质组成定向分布导致顺纹层方向岩石破裂强度降低。干酪根扁平状形态有利于生排烃缝在干酪根尖端或边缘起裂,泥页岩垂向抗张强度低于水平方向抗张强度而有利于生排烃缝顺纹层方向延伸,力学性质薄弱的颗粒接触边界导致生排烃缝绕颗粒扩展,裂缝末端应力强度因子方向发生变化控制了生排烃缝转向而不同裂缝末端孔隙流体压力场重叠导致相互连通。以沙四上亚段-沙三下亚段泥页岩为例,油泥(页)岩本身即优质烃源岩而具有自生属性,无机矿物孔、有机质孔和裂缝发育而具备自储能力,富黏土矿物-有机质的软岩相和富碳酸盐矿物的硬岩相互层发育并形成“三明治型”生储盖组合而具有自封闭性。沥青主要呈游离态形式存在并显示流动特征,其次为吸附态。沥青运移的阻力为排替压力,包括毛细管力和吸附阻力,而动力主要为孔隙流体压力。受孔隙流体压力、排替压力和岩石破裂强度三者共同控制,沥青运移方式包括“孔隙式”和“活塞式”两种类型。由泥页岩储集空间的多尺度性决定,泥页岩油藏发育“叶脉型”多尺度逐级运聚网络模式,符合默里定律且且内部存在优势运聚路径。泥页岩油藏是一种由沉积环境主控,具有自生自储自封盖、发育孔隙流体超压和多尺度运聚网络特征的特殊岩性油藏。根据泥页岩油藏特征确定以岩相为基本评价单元,选取生油性、储集性、可改造性和可流动性为评价内容,进而系统开展影响因素分析,优选有机碳含量及生烃潜量、裂缝类型及发育强度、孔隙类型及面孔率、成岩作用,相对脆性系数及脆性指数和临界流动孔径为评价参数,采用灰色模糊数学方法进行有效性综合评价,根据评价结果将泥页岩油储层划分为生油型、生储兼备型、储油型和无效型四大类,其中阜二段以生储兼备型和储油型为主,而沙四上亚段-沙三下亚段以生油型和生储兼备型为主。