mste等人,1988;Mossmann等人,1991;Kenig等人,2004;Van Dongen等人,2006;Pacton等人,2006])。
埋藏成岩作用
泥质以80%到90%的孔隙度沉积下来，包含土壤来源的矿物和无定形物质、生物蛋白石和碳酸盐矿物，以及有机质的一系列多样的和不稳定的组合。在埋藏到6千米(3.7英里)和200摄氏度之后，孔隙度降低到小于5%，矿物组合以石英、伊利石和绿泥石为主的硅质碎屑泥岩为主。富含水的泥质到岩化页岩的转化是受物理(机械的)和化学作用过程推动的，因此是压力和温度的双重函数。
在大部分硅质碎屑泥中，机械压实是温度在约70摄氏度之下时的主要作用过程(比如,Hedberg,1926,1936)。鉴于早期集中在对孔隙度和深度之间关系的研究(如,Athy,1930),压实作用是受有效压应力增长的驱动(Terzhagi,1943;Skempton,1970;Burland,1990)。压实效率(也就是压缩率)受粒径的强烈影响(Skempton,1944;Burland,1990;Aplin等人,1995)；细粒泥质具有较高的沉积孔隙度，但是更易压缩。相似地，实验研究表明矿物成分影响压缩性，较细粒的蒙脱石远远小于较粗粒的高岭石的压缩性(Chilingar和Knight,1960;Mondol等人,2007)。例如，Mondol等人(2007)表明在50MPa(7252磅/平方英寸)的有效压应力(相当于静水孔隙压力下约5km[3.1英里]埋藏深度)下，用实验方法压实纯高岭石的孔隙度到10%，但是纯蒙脱石是35%。虽然通过对纯粘土矿物的机械压实，实现了实验数据集限制到最小孔隙度，但是，自然泥质是粘土和等轴的石英颗粒的混合物，能够形成更加紧密的封闭结构。
在构造松弛状态下，有效压应力是总垂向应力(上覆岩层压力)和孔隙压力之间的差值。因此，通过建立孔隙度和有效压应力之间的定量关系(Burland,1990;Yang和Aplin,2004),可能从孔隙度数据或者从孔隙度代替指标像密度或声速，估计页岩中的孔隙压力。虽然这是以井下测井和地震数据预测孔隙压力为核心，但是精确的预测需要限制页岩岩性，通过测量或者通过电缆测井估计(Yang等人,2004)。
因为压实涉及孔隙度降低，以及孔隙流体的排出，因此压实率是受渗透性控制的。超压形成于通过沉积作用压应力增加的速率超过其通过流体流动消散的速率时(比如,Smith,1971;Mann和Mackenzie,1990;Audet,1996;Osborne和Swarbrick,1997;Nordgard Bolas等人,2004)。泥岩渗透率变化有十个数量级，单一孔隙度值时，处于三个数量级变化范围内(Neuzil,1994;Dewhurst等人,1999b)。对性质好的泥岩(Dewhurst等人,1998,1999a;Yang和Aplin,2007)和压实的粘土矿物(Mesri和Olson,1971;Mondol等人,2008)进行渗透性测量表明，在给定的孔隙度上，大部分渗透性变化范围能够通过粒径和矿物成分变化进行解释。这导致了受限制于岩性的孔隙度-渗透率关系的发展(Yang和Aplin,2010) ,其能够被用于盆地规模的流体流动模型。
渗透性与孔隙大小密切相关，所以泥岩孔隙大小的分布，以及由此引起的毛细管封闭能力也受粒径和矿物成分的强烈控制。实质上，对于给定的孔隙度，较细粒富粘土泥岩比富粉砂泥岩具有更小的孔隙大小(Borst,1982;Schl?mer和Krooss,1997;Dewhurst等人,1998,1999a;Yang和Aplin,1998;Moore,2005)。然而在沉积水体界面几百米内的富粘土泥质变得具有非常好的毛细管封闭能力，但是在更大的机械和可能的化学压实之后，富粉砂泥质仅仅具有经济上可行的毛细管封闭能力。此外，因为泥岩在很多尺度上是非均质的，一个重要
的，关键是未解决的问题是，以预测适当的泥岩体积的有效的流动特性，例如，那种许多立方千米的典型封闭层。特别地，从一个风险角度来看待一个关键问题，因此是理解并预测封闭单元中最高渗透性和最低毛细管压力单元的三维连通性。
在70摄氏度以上，粘土矿物成分的变化成为泥岩物理变化方面越来越重要的推动力。在约70到100摄氏度之间，蒙脱石，或者伊蒙混层(I-S)被转变为伊利石或者更多的伊利石伊蒙混层(I-S) (Hower等人,1976)。伊利石化通常被认为是一种受动力学控制的反应，在反应中，蒙脱石层经过伊蒙混层被转化成伊利石(Eberl和Hower,1976;Freed和Peacor,1989;Velde和Vasseur,1992;Essene和Peacor,1995;Elliott和Matisoff,1996;也可见Nadeau等人,1984)。这一反应需要一个钾的来源(Hower等人,1976;Berger,1999)，其最常见是来自于钾长石的分解。简单化地，整个反应可能被写成
蒙脱石 + 钾长石 = 伊利石 + 石英 + 绿泥石 + 水 （1）
伊利石化过程进行到钾的供应被耗尽时，通常是钾长石被耗尽时。如果温度在130摄氏度以上时仍然可以获得钾，高岭石也将转化成伊利石(Bjorlykke,1998)。
因为伊利石-蒙脱石通常是泥岩体积中的一种重要成分，它到伊利石的转化对其物理特性有非常大的影响。因为粘土矿物是以絮状物沉降下来，所以我们预计，沉积结构本质上将是各向同性的(Kranck,1973;Bennett等人,1991)。用高分辨率X射线纹理测角术对泥岩中粘土矿物定向的定量研究表明，即使在有效压应力超过20MPa(2901磅/平方英寸)和孔隙度从80%下降到20%的地方，机械压实实质上没有加强粘土矿物的定向(Ho等人,1999;Aplin等人,2006;Day-Stirrat等人,2008)。相反地，在伊利石化过程中，由于蒙皂石层溶解，新生成伊利石层，导致伊利石取向有一个明显的增加，并垂直于最大有效应力(Ho等人,1999;Day-Stirrat等人,2008)。最终，在更高的温度和压力下，形成高度各向异性的板岩。
因为蒙脱石是一种比伊利石含更多硅质的矿物，伊利石化生成额外的二氧化硅(Towe,1962; Hower等人,1976;Boles和Franks,1979),这些额外的二氧化硅被认为是保留在泥岩中，在粘土基质中以微晶石英沉降下来(Peltonen等人,2009)。Peltonen等人(2009)也表明，在他们研究的北海样品中，伊利石化和伴随的石英的沉降，伴随着声速和密度，以及岩石硬度的增加。显然地，伊利石化对页岩的弹性和机械特性的影响，促进了岩石硬度和小范围各向异性上的显著变化(如,Marion等人,1992;Hornby等人,1994;Draege等人,2006)，并伴随以下问题，无论在密封冒险(Watts,1987;Ingram和Urai,1999)还是在页岩气生产背景下(Gale等人,2007)，关于解释地震数据，预测天然或水力诱导裂缝的分布和特性有显著地影响。
虽然机械作用过程主导硅质碎屑体系中的低温成岩作用，但化学作用过程在生物泥质中发挥着更大的作用。生物硅—晚第三纪高纬度和赤道地区半远洋泥质的一种常见组分，在上升流地区—在埋藏成岩作用期间，从蛋白石A转变为蛋白石CT，然后转变成石英。富含蛋白石A的沉积物在最初埋藏期间维持着特别高的孔隙度，因为硅酸壳形成了一个坚硬的和连通的基质，它能够抵抗压实;Volpi等人(2003)表明，富蛋白石沉积物能够在500米(1640英尺)的埋藏深度维持75%的孔隙度。蛋白石A到蛋白石CT的转化为一种溶解-脱水-再沉降的
反应，是发生在生物硅质软泥中，在仅有数十米厚的反应区中，孔隙度可能从75%降低到小于45%(Isaacs,1981;Keller和Isaacs,1985;Nobes等人,1992)。反应动力学就是这样的，这种转化在非常年轻的沉积物中发生在40到55摄氏度，在50百万年之久的沉积物中发生于10到20摄氏度(Williams和Crerar,1985;Tada,1991)。反应速度与孔隙度和密度的巨大变化，能够导致面积超过10000平方千米(3860平方英里)的区域发生强烈的地震反射(Davies和Cartwright,2002)。孔隙度的迅速丧失和二氧化硅的脱水可能导致有限深度中流体压力的增高，结果可能导致松软沉积物变形、碎屑侵入(Davies等人,2006)和滑坡(Davies和Clark,2006)。而且，生物硅和碳酸盐的重结晶作用能够使页岩变脆，对因自然过程(如高孔隙压力，构造应力;Ingram和Urai,1999;Curtis,2002;Gale等人,2007)或者由于水力压裂(如,页岩气的开采;Fisher等人,2005;Gale等人,2007;Page和Miskimins,2009)而形成的断裂的流体传输特性有重大影响。
碳酸盐软泥，主要包含颗石藻，也受化学压实作用的强烈影响。对比压实碳酸盐软泥和自然软泥与白垩土实验上的孔隙度-深度趋势表明，在低于100到200米(328–656英尺)，自然软泥孔隙度比实验上压实软泥低得多(Hamilton,1959;Scholle,1977;Mallon和Swarbrick,2002)，暗示非机械压实的重要性。溶解缝合线和缝合岩面常见于钙质沉积物中，在孔隙度约40%或者深度700至800米(2297-2625英尺)的远洋深海灰岩中变得很常见(Hill,1987;Tada和Siever,1989)。由局部压溶沉降物形成的碳酸盐，阻塞孔隙空间，降低孔隙度，并增加岩石密度和声速。在一个坚硬的骨架组构下，更大深度的压实作用继续受化学作用过程的驱动，但不能确定反应动力学受温度和/或有效应力控制的程度(Mallon和Swarbrick,2002)。因为水是必要的，其允许离子的扩散，并因此经化学压实，石油初始富集于到白垩储层，伴随一个亲水到亲油矿物表面的变化，这有助于在进一步埋藏期间保存孔隙度(Brasher和Vagle,1996)。由此而论，我们推测(1)石油生成对富碳酸盐源岩和含气油页岩的压实有影响(2)被要求压溶作用作为压实的重要驱动的碳酸盐的数量和粒间位置。
泥岩中另外一个重要的成岩作用过程，通常被认为是一个缓慢的过程，自然是富有机质源岩中石油的生成和排除。这些过程的详细描述超出了本文的范围，但是鉴于现今泥岩作为天然气储层的重要性，考虑泥岩多样性和非均质性对天然气保存、运移和排出都是很有用的。
石油运移的物理过程受控于富有机质岩石，因此石油是被排出或是保留存在分歧。一些模型假设，石油被储存在干酪根中，这样一旦达到干酪根吸附门限，持续的生成导致石油通过达西渗流穿过孔隙网络完全排除(如,Pepper和Corvi,1995)。其他模型假定，石油通过活性扩散穿过连续的干酪根网络进行运移，这些干酪根网络可能通过沥青涂抹的断裂进一步连接(Stainforth和Reinders,1989;Stainforth,2009)。虽然描述的是不同的物理过程，但是这两个模型的共性是，未排出的石油与有机质相联系。由通常观察到的烃源岩热提取物和总有机碳之间的强烈相关性(如,Pepper和Corvi,1995)，以及一般观察到的，在页岩气远景区，大量气体形成在更加富集有机质单元中，虽然在这些物质中，天然气以吸附气和游离气同时存在，上述这一观点受到支持。
我们认为，用于定量常规含油气系统中油气排出的模型需要进一步进行改进，如果要使这些模型对预测石油保存和因此潜在的油气储量有更大的用处。从化学角度来看，需要提升天然气简单的吸附门限，以解释干酪根类型、成熟度、压力、温度和竞争胶结的变化。从物理角度来看，我们现在意识到，泥岩
在一系列空间尺度上存在岩性非均质性，并且岩性非均质性引起其在物理和流体流动特性上的变化。高分辨率微观技术正开始展示泥岩孔隙系统的复杂特性、连通性和非均质性，也展示了干酪根网络(小尺度上)的连通性(如,Desbois等人,2009;Loucks等人,2009;Passey等人,2010)。这些观察不仅在解释天然气储层场所，而且在解释孔隙连通性以及泥岩中多相流体流动特性上，都是非常重要的。泥岩中，足够成熟的干酪根可生成一个富气岩相(如,Ro>1.2%)，似乎干酪根将进一步发展成一个多孔网络(Loucks等人,2009;Passey等人,2010)。合理假设这些孔隙是憎水的，相应地，与无机基质相联系的孔隙也许是亲水的，这也是可能的(但是在这些富有机质系统中是不确定的;见Van Duin和Larter,2001;Bennett等人,2004;Aplin和Larter,2005)。亚微米尺度上，不仅在天然烃源岩(也就是排出和/或保留)，而且在人工压裂含油气页岩(也就是输出到井孔)中，非均匀润湿特性将会对毛细管效应和两相流体产生重要影响。
总结评论
现代海洋的研究已对泥质是如何搬运和沉积有了一个很好的了解，虽然这方面的知识在古代富泥质层序的解释上还有待充分的发挥应用。相比之下，古代和现代之间的联系对富有机泥质是更加的发达，对此，已成功地将从现代海洋获取的速度和过程数据相结合，合理地对沉积记录中有机质时间和空间分布进行稳固的预测，这通常在一个层序地层背景中。
此项工作跨学科的特性所导致源岩预测上的成功，在页岩影响石油勘探和开发(特别是在非常规领域)的其他地区中，对将来的研究和发展将起到一个很好的示范作用。定量预测如，盖层封闭性，流体流动速率，地震特征，天然气储存能力和地球化学特性，必须是基于对相关物理特性的测量之上。然而，收集的数据必须能够表征岩石的岩性、构造和非均质性，否则，将会导致相应的预测模型失败。然后，重要的实用性的挑战是(1)设计适当的抽样程序，(2)记录和描述小范围的变化性，(3)与米尺度上的测井和超过10米(32.8英尺)尺度的地震数据所观察到的特性相关联，了解亚微米到厘米尺度上这些特性是如何被测量的；毕竟，这些数据的大多数被聚集在一定尺度上，并在这个尺度上进行盖层，源岩和储层性能的预测。
引用的参考文献(略)