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琼东南盆地是一个具有巨厚第三系沉积和丰富天然气资源的新生代沉积盆地。通过烃源岩的地球化学研究确定了该盆地发育三套有效烃源岩,它们是始新统湖相烃源岩、渐新统海陆过渡相烃源岩、中新统海相烃源岩。渐新统优质烃源在浅水区广泛发育,始新统、中新统优质烃源岩在深水区发育,且都达到成熟,具备生烃潜力。控制该区烃源岩发育的主要因素是生源输入、古生产力和水动力。有机质输入以高等植物为主,从浅水过渡到深水低等水生生物的贡献增加。渐新世古生产力要高于中新世,同一时期中央凹陷带古生产力较高。中新世水动力强于渐新世,北部凹陷带水动力最弱,中央凹陷带次之。根据不同时期不同构造带影响烃源岩发育的环境因素,并结合国外同类盆地烃源岩的发育条件,提出了琼东南盆地烃源岩发育的三种模式:崖城组海陆过渡相烃源岩发育模式;陵水组半封闭海相烃源岩发育模式;中新统海相烃源岩发育模式。在此基础上可以推断最有利的烃源岩发育区为北部凹陷带崖城组,中央凹陷带三亚组和陵水组。渐新统烃源岩发育条件整体要好于中新统。最后,结合琼东南盆地天然气组分和同位素特点得出该盆地天然气类型2类有4种,一类是无机成因CO2气藏,二类是有机成因气,即生物气、油型气和煤型气。煤型气主要分布在中部隆起带,油型气组要分布在北部凹陷带边缘,生物气在各区带浅层均有分布。本研究提出的烃源岩发育模式和不同成因天然气分布特点对琼东南盆地第三系油气勘探有重要参考意义。