以沁水煤田中东部榆社-武乡区块山西组-太原组海陆交互相煤系气储层为重点研究对象,从厚度、埋深、含气性方面认为太原组15~#煤煤层气资源开发潜力高于山西组3~#煤;从气测显示级别、有机质丰度、生烃潜力和烃源岩厚度(总厚度和单层厚度)方面认为太原组泥页岩气开发潜力高于山西组。综合定量表征了煤系气储层孔隙特征,以宏孔和微孔体积占比将煤系气储层划分为四类,中阶煤主要为III类—微孔-宏孔并存型储层,高阶煤为II类—微孔优势型储层,而泥页岩为IV类—介孔优势型储层。重点探讨了有机质丰度、热演化程度和矿物组成对海陆交互相煤系泥页岩孔隙发育特征的影响,并指出了其与海相页岩的差别。对比不同孔渗经验模型和理论模型的拟合效果,发现以二项式函数模型描述孔隙度和有效应力之间的关系、以乘幂函数模型描述渗透率和有效应力之间的关系效果更好;渗透率和温度之间的关系存在阈值:阈值前,温敏效应对渗透率影响较大,阈值之后,温度影响较弱。揭示了煤系气储层孔渗随温压的差异性变化规律。煤系气储层孔隙度应力敏感性强弱顺序为煤>砂岩>泥页岩,随有效应力增加应力敏感差异性减弱。渗透率应力敏感性亦随有效应力增加逐渐减弱,低围压时,应力敏感性强弱顺序由泥页岩>砂岩>煤向煤>泥页岩>砂岩转化;高围压时,应力敏感性强弱顺序由煤>泥页岩>砂岩向砂岩>泥页岩>煤转化。阐明了围压、煤岩、煤质与煤岩体弹性参数、力学强度和能量参数之间的关系,初步构建了煤岩应力-应变准则和本构模型。厘定了泥页岩/致密砂岩中各类矿物的脆性特征及其对脆性的影响程度,构建了基于矿物组成法的脆性指数计算模型。从岩石力学强度、弹性参数和能量耗散的角度评价了煤岩体脆性;针对弹性参数法忽略围压的缺陷,将断裂韧性和应变能密度分别引入弹性参数模型作为埋深指示因子以反映围压对脆性的影响;建立了不同岩性横波时差与纵波时差之间的经验公式,利用声波测井、密度测井解释了力学参数、强度参数、闭合应力因子等,建立了研究区单井力学-脆性连续剖面。从能量、吸附势、吸附热力学和吸附动力学角度对煤系气储层的吸附性进行了对比研究,建立了深部煤系气储层吸附性预测模型。定义了极限Gibbs自由能(U_L),揭示了煤系气储层的吸附差异性变化规律。煤储层极限吸附热和极限Gibbs自由能大于泥页岩,温度对煤饱和吸附量的影响更显著,对泥页岩极限Gibbs自由能的影响更显著。本论文有图133幅,表格38个,参考文献223篇。