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  岩石圈形成頁岩的過程稱為壓實。而頁岩中較細的顆粒,在較大的砂石沉澱之後,還會保持懸浮在水中很長的時間。通常在緩慢流動的水下會有沉澱的頁岩,因此經常在湖泊和瀉湖,河流的泛濫平原和三角洲,和離岸的沙洲發現頁岩。它們還可以沉澱在沉積盆地和相對較深但是水流平靜的大陸架。  由於富含未氧化的碳,黑頁岩會特別黑暗。常見的一些古生代和中生代地層,黑頁岩沉澱在缺氧、還原的環境中,例如在停滯的積水列。一些黑頁岩富含像是鉬、鈾、釩、和鋅等重金屬。這些沉澱的濃縮值是爭議的源頭,通常歸咎於外的的因素,在沉澱之際或是之後有熱液流入,或是在漫長的沉積期間在海水中慢慢累積。  由於頁岩為沉積岩,因此一般化石,動物痕跡或掘穴、甚至雨滴撞擊在頁岩上的痕跡,都容易在頁岩的表面上留下痕跡,被儲存下來。頁岩還有可能包含黃鐵礦、磷灰石或各種碳酸鹽礦物組成的固結物。頁岩在高溫和高壓下會變質成硬、裂變,形成稱為板岩的變質岩。變質程度持續增加的變質梯度順序是千枚巖,然後是片岩,最後是片麻岩。
頁岩是一種沉積岩,成分複雜,但都具有薄頁狀或薄片層狀的節理,主要是由黏土沉積經壓力和溫度形成的岩石,但其中混雜有石英、雲母、長石的碎屑以及其他化學物質,根據其混入物的成分,可分為: