本文以沁水盆地中南部煤系气为研究对象,在煤系气储层的物质组成、源岩地化、孔渗、含气性以及煤系流体包裹体、水化学和同位素测试分析的基础上,结合研究区煤系埋藏史、热史、生烃史和排烃史模拟,明确了研究区煤系气以煤层气和页岩气储层组合类型为主、主煤储层及其顶底板泥页岩储层为有利层位;分析了煤系源岩层的二次生烃特征及生烃贡献,系统研究了低孔低渗的煤系气储层物性、差异性、非均质性及其控制机理,融合低温液氮脱吸附曲线、压汞孔径分布、低场核磁共振T₂谱峰及微米CT扫描孔裂隙空间分布,综合划分了煤储层阻塞型、半连通型、连通型3种孔隙类型;建立了基于煤系水化学、稳定同位素、¹²⁹I年龄和¹⁴C年龄等的综合水源判识方法,估算和校正了煤系水的年龄介于1.51²0.61Ma,揭示了现阶段煤系水为少量古沉积水和大量近现代大气降水的混合水;基于煤系气藏构造演化、煤层气组分中高氮和甲烷碳同位素普遍偏轻的特征及煤系水的来源和年龄确定了研究区煤系气藏类型为改造型气藏;根据热演化史模拟和流体包裹体均一温度,确定了煤系气成藏期分别为晚侏罗世-早白垩世和早白垩世-新生代;基于煤系气构造演化史、埋藏史、热史、生烃史、排烃史及煤系水的来源和年龄,模拟研究了煤系气成藏过程,构建了研究区煤系气“源储共层紧邻型”页岩气与煤层气叠置成藏模式,揭示了煤系气藏受“沉积-热事件-构造-水动力”综合控制的成藏机制。论文的研究成果对揭示煤系气成藏机制、指导煤系气共探共采具有理论意义和实际价值。