三江地区位于黑龙江省东部,主要包括佳木斯地块和那丹哈达地体,是重要的构造成矿区域。近年来,中国古生界海相地层的油气勘探取得重要突破,而三江地区晚古生代地层分布广泛、稳定,有望成为油气勘探的新层系。目前该区域研究主要集中在板块构造方面,岩相古地理研究相对较少,烃源岩及储层特征的分析与评价工作相对薄弱,制约了晚古生代资源潜力的开发。本文以佳木斯地块为研究的重点区域,以那丹哈达地体为构造-地层分析的重要对象。在分析和总结前人研究的基础上,通过野外作业与室内分析,对三江地区晚古生代重点层位的岩性及岩相特征、物源特征与岩相古地理演化进行研究,通过实验室测试对研究区重点烃源岩层系及储层特征进行分析,提出有利的勘探方向、区域和层位,为今后资源开发和进一步工作提供借鉴参考。研究结果如下:(1)三江地区晚古生代重点地层黑台组、珍子山组与二龙山组岩石类型主要有灰岩、碎屑岩、火山碎屑沉积岩、火山碎屑岩、火成岩5类,包括砂岩、粉砂岩、泥岩、凝灰质砾岩、凝灰质砂岩、凝灰岩和喷出岩等7种亚类和21种基本岩石类型。可识别出浅海相、三角洲相、湖泊相和火山岩相4个沉积相,包括碳酸盐台地、三角洲前缘、三角洲平原和浅湖4个沉积亚相与生物丘、开阔台地、生物礁、河口坝、河道、沼泽、静水泥、浊流、水下扇、热碎屑流和喷溢相11个沉积微相。(2)三江地区中泥盆统黑台组主要发育浅海相沉积;上石炭统珍子山组主要发育三角洲-湖泊相沉积;下二叠统二龙山组主要发育火山岩相沉积。沉积环境的演化与三江地区晚古生代板块构造运动有关。(3)利用Dickinson图解进行物源分析显示中泥盆统黑台组以灰岩为主,为内源岩,沉积物物源来自于陆块物源区;上石炭统珍子山组样品,石英含量较高,岩屑与长石含量较少,受陆源碎屑物沉积影响较大,沉积物物源来自于再旋回造山带物源区;下二叠统二龙山组样品,石英含量偏低,岩屑与长石含量较高,岩屑以火山成因岩屑居多,少见沉积岩屑,呈近源沉积特征,表明沉积物物源来自岩浆弧物源区。物源区的转变证明了晚古生代佳木斯地块东缘由被动大陆边缘逐渐过渡为主动大陆边缘。(4)黑台组灰岩烃源岩有机质演化进入过成熟阶段,有机质丰度为差-中等范围,规模有限,不易形成有利烃源岩层。珍子山组炭质泥岩与煤烃源岩有机质干酪根类型为Ⅲ型,有机质演化进入过成熟阶段,有机质丰度为好-很好范围;泥岩烃源岩有机质干酪根类型为Ⅲ型,有机质演化进入高成熟阶段,有机质丰度为很好。珍子山组在研究区内分布范围广,地层产状稳定,烃源岩层厚度大,质量好,具有生气潜力。(5)珍子山组与二龙山组储集岩测试样品显示孔渗条件较差,为超低孔超低渗的致密储层。但珍子山组煤层发育较好,地层稳定,水平无变形,主煤层厚度在6 m左右,为高煤阶光亮型煤,成分较单一,脆度较大,煤体结构属原生-碎裂型,次生裂缝发育,孔隙度增加,可保守划定为Ⅱ类含气区块标准,具有较有利的煤层气储集条件,符合自生自储自封闭的成藏特征。(6)上述研究结果表明黑龙江省三江地区佳木斯地块东缘密山-宝清地区上石炭统珍子山组为资源勘探的优选区域与重点地层,区域周边地质-地球物理工作程度较高,基础设施完善,具有进一步工作的潜力。