研究深部煤岩层气井产出气-水的地球化学特征,对认识煤岩气富集机理和开发规律具有重要意义。以鄂尔多斯盆地伊陕斜坡东缘9口深部煤岩气水平井为研究对象,开展了产出气气体组分、碳同位素及地层水常规离子以及氢、氧同位素特征研究,查明了煤岩气的成因类型、排采过程中的气体分馏效应以及产出水的来源。结果表明:(1)研究区煤岩气为中-晚期热成因气,组分构成以甲烷(CH₄)为主,重烃及非烃气体含量较低,碳同位素表现为正碳同位素组成序列。(2)排采过程产出气中的甲烷碳同位素值(δ¹³C₁)可辅助标定并划分游离气和吸附气产出阶段,甲烷碳同位素随着排采天数的增加而较大幅度地变轻,具体表现为初期以游离气为主,后期吸附气解吸、分馏叠加,与含气量测试中保压游离气-初始解吸气释放阶段的δ¹³C₁变化规律吻合,甲烷碳同位素由重变轻过程持续时间越久,煤岩气高产可能性越大。(3)典型煤岩气井产出水矿化度(TDS)高达193.08 g/L,为钙-氯型(Ca-Cl型)水,以原始沉积水为主,低钠氯系数、脱硫系数、镁钙系数和高变质系数、盐化系数反映地层封闭性和煤岩气保存条件较好。(4)产出水氢、氧同位素值偏离大气降水线,大部分表现为明显的氧漂移(¹⁸O漂移),推测受到了高温地层环境下煤层顶、底板岩层水补给的影响。