沁水盆地北部太原组主要发育三角洲平原亚相、三角洲前缘亚相、碳酸盐台地相、泻湖相、潮坪相、沼泽相。太原组沉积初期,物源主要来自盆地北部。基本沉积环境特征为在盆地北部阳泉发育三角洲沉积相,其中三角洲平原分布范围较广阔,三角洲平原为这个时期的主要成煤环境;太原组沉积中期,发生大规模海侵,全区发育三层稳定且较厚的灰岩,为碳酸盐台地和泻湖沉积;太原组沉积晚期,发生小规模海退,仅在长子县附近发育灰岩,主要沉积泻湖、潮坪、沼泽相的泥岩、砂质泥岩和煤。山西组沉积相相带变化不明显,主要是三角洲平原亚相和河流相。沁水盆地山西组3~#煤层和太原组15~#煤层两大主力,煤层大面积稳定分布,研究区是以中-高煤阶煤岩为主的煤阶分布,发热量较高,为中-高变质程度的可选性较好的工业用煤。沁水盆地北部煤层比南部煤层埋深大。在盆地北部水文条件相对简单,综合沉积、构造、煤层和水文等各种地质条件可以得出,沁水盆地煤层厚度有北部较南部厚的趋势,北部煤层气勘探开发潜力更大,沁水盆地北部煤层气有利区带为:北部阳泉一带;武乡、长子一带。