始新统流沙港组流二段陆相富有机质页岩(油页岩)、泥岩以及页岩是中国南海北部湾盆地最重要的烃源岩层系。北部湾盆地的油气主要来源于这套烃源岩,然而,对该套烃源岩的形成环境、烃源岩中有机质的富集机理及烃源岩发育模式等方面的研究比较薄弱。本文利用有机地球化学、元素地球化学、有机岩石学和孢粉地质学等原理和研究方法,在烃源岩分布规律以及地球化学特征综合分析的基础上,系统分析了北部湾盆地流二段烃源岩沉积时期的古气候、母岩性质、古生产力、有机生源类型、底水氧化还原性、水体盐度、沉积速率、碎屑输入等,讨论了研究区流二段烃源岩有机质富集机理及主控因素,明确了烃源岩的发育模式,其对北部湾盆地始新世含油气系统的油气勘探具有指导意义。地震、测井和录井资料分析表明,研究区富有机质页岩(油页岩)主要分布在涠西南凹陷、乌石凹陷和雷东凹陷的流二段下部,其次为流二段上部;厚层泥岩和厚层普通页岩在各凹陷均有分布,主要位于流二段上部和下部。总有机碳含量、岩石热解参数以及有机显微组分资料分析表明,研究区流二段富有机质页岩(油页岩)均为优质烃源岩,有机质类型以Ⅰ型—Ⅱ₁型为主。泥岩和普通页岩主要为好烃源岩,有机质类型以Ⅱ₁型—Ⅱ₂型为主。特别地,海中凹陷流二段泥岩主要为非—差烃源岩,有机质类型以Ⅱ₂型—Ⅲ型为主。镜质体反射率(R_o)和岩石最大热解峰温度(T_max)结果表明,研究区流二段烃源岩主要处于低熟—成熟阶段。基于孢粉特征、Sr/Cu值、“C”值以及CIA值等地球化学参数分析表明,研究区流二段烃源岩沉积于热带—亚热带温暖潮湿的气候条件中。流二段烃源岩沉积时期母岩经受了中等的风化作用。根据Sr/Ba值和伽马蜡烷指数分析表明,研究区流二段烃源岩沉积时期湖泊为淡水环境。硫芴/(氧芴+芴)特征、总硫含量(S_T)、黄铁矿含量、氧化还原敏感元素(RSEs)、Fe _HR/Fe _T值、Fe_py/Fe _HR值、C_org/P值等分析表明,研究区流二段富有机质页岩沉积于还原环境,而泥岩和普通页岩沉积于间歇性还原环境/弱氧化—弱还原环境,其还原性明显弱于富有机质页岩沉积时期。研究区流二段富有机质页岩(油页岩)中总有机碳含量(TOC)、铜元素(Cu)、钼元素(Mo)以及C₃₀-4甲基甾烷指数明显高于泥岩和普通页岩,表明富有机质页岩(油页岩)沉积时期古生产力条件以及藻类勃发程度明显高于泥岩和普通页岩沉积时期。进一步结合地质背景、ΣREE–La/Yb、Si O₂–Ti O₂、Al₂O₃/Ti O₂值、Nb/Ta值以及Cr/Co值特征分析表明,相比于泥岩和普通页岩,油页岩沉积时期母岩为偏中酸性的花岗岩,其提供了更多的营养物质,如:磷元素(P)、Mo以及Cu等,这些营养物质促进了高生产力的形成。结合Zr/Al值、Zr/Rb值、(La/Yb)_N值以及V_S-Co等分析表明,相对于泥岩和普通页岩,研究区流二段油页岩沉积时期水体深度更深、沉积速率更慢。基于研究区流二段烃源岩沉积时期的气候条件、母岩岩性、古生产力条件、有机质保存条件以及稀释条件等的认识,结合磷控型藻类勃发微观机理分析认为:受母岩岩性、古生产力、底水氧化还原性、沉积速率等影响的磷控型藻类勃发机理控制着高古生产力和较还原水体的形成,其是研究区流二段富机质页岩(油页岩)形成的主控因素。结合以上讨论,建立了在热带—亚热带温暖潮湿气候且伴随花岗岩母岩受到中等风化作用的地质背景下,磷控型有机质富集机理控制的油页岩发育模式。同时,基于研究区流二段泥岩和普通页岩与油页岩沉积时期沉积环境、古生产力条件、有机质保存条件以及有机质稀释条件的差异,建立了泥岩和普通页岩发育模式。