北美页岩气勘探开发取得的成功掀起了全球非常规油气大规模勘探开发研究的热潮,这对泥页岩地层精细划分提出了更高的要求,但在传统的勘探开发过程中一般将泥页岩地层看作一个整体不再进行详细划分,这就忽略了其内部的旋回性,显然无法满足非常规储层勘探开发的需求,因此引入米兰科维奇理论作为泥页岩沉积地层划分的基础,旨在寻找米氏旋回控制下的气候变化规律进而预测有利的页岩油气储层。本文以沾化凹陷沙三下亚段半深湖-深湖相泥页岩为研究对象,采用测井与地质相结合的研究手段,利用取芯井的岩芯观察、元素分析、地化指标、物性参数及测井等资料,对目的层段泥页岩地层进行天文地层划分,并建立天文地层与气候变化、有机质丰度等指标演化规律之间的关系,结合天文周期控制下物性发育特征进一步指出有利的储层层段。(1)通过国内外大量文献调研理清了天文地层学的发展历史,归纳总结了天文地层学当中易混淆的一些基本概念和术语,明确了天文地层学的研究方法及发展方向,指出研究测井信息与多尺度天文地层旋回间的关系,有助于厚层细粒泥页岩地层精细划分;(2)利用岩芯照片、元素分析以及干酪根类型演化特征等指标对沙三下亚段沉积时期整体气候环境变化规律进行综合分析,可知研究层段下部为较干冷气候环境,而上部气候相对温暖湿润;(3)通过数值实验模拟测井信号,并利用傅里叶变换、小波分析等多种信号处理方法对模拟信号进行分析,能够识别模拟曲线中不同级次旋回的分界面及旋回所对应的尺度值和频率,为利用测井曲线进行天文地层分析提供了依据;(4)利用功率谱分析和小波多尺度分解等方法对实测测井曲线进行分析,将优势旋回所对应的尺度值对伽马曲线进行分解,将分解的结果与天文轨道理论曲线相比对,进行天文调谐,建立了沙三下亚段泥页岩地层千年界别的年代地层格架;(5)利用伽马能谱中铀元素与偏心率之间的关系,寻找伽马能谱曲线与古气候变化之间的关系,探索了利用伽马能谱曲线反演古气候、古环境变化的方法,得知铀元素含量越高气候越暖湿;(6)最后,通过元素资料分析天文地层周期下古气候的变化规律,进而探讨与孔隙度、有机碳含量等影响油气储层质量的重要参数之间的关系,发现偏心率值大的层段储层品质参数较好,是有利的泥页岩储层段,预测沙三下亚段中第10、11、14个偏心率周期为最有利的页岩油储层,为厚层泥页岩中甜点预测开辟了新的途径。建立的一套厚层泥页岩天文地层识别与分析方法,能够有效地对泥页岩进行地层划分,并提高了泥页岩地层内部年代地层确定的精度,为非常规页岩油气地层的精细划分、对比提供了新思路。同时,天文周期与气候变化、储层质量参数之间的关系,对泥页岩有利储层预测与评价具有重要的价值。