渐新统—中新统海相泥岩是南海北部天然气的重要来源,其有机质富集机制是琼东南盆地天然气勘探亟需解决的关键问题,为此,选取琼东南盆地15口井400余个海相泥岩样品,分析其热解、总有机碳及代表井的孢粉和分子地球化学数据耦合规律。结果表明,下渐新统崖城组二段是崖城组泥岩的有机质富集段;孢粉对比分析认为,其有机质富集受较湿热的气候中热带—亚热带植物大量勃发影响。陵水组二段上部—三亚组二段泥岩中也发现有机质逐渐富集的规律。生物标志化合物和孢粉记录结合区域气候对比结果表明,琼东南盆地上渐新统—下中新统海相泥岩有机质富集与逐渐温暖湿润的气候背景下,区域植被大量勃发,降水量的显著增加促进了河流—三角洲的发育,扩大了植物碎屑的搬运量、搬运距离和分布范围,促进了海相泥岩中的陆源有机质富集。琼东南盆地海相泥岩有机质富集段的提出对三亚组二段烃源岩埋深较大的乐东凹陷、陵水凹陷的深水天然气勘探具有重要意义。