鄂尔多斯盆地北部石炭二叠纪煤系非常规天然气(煤层气、页岩气和致密砂岩气,简称“三气”)具有平面上分布范围重合,垂向上相互叠置、耦合成藏的特征,有望成为我国油气资源重要战略接替新领域。本论文以鄂尔多斯盆地北部石炭-二叠纪煤系为研究对象,通过野外地质调查、资料收集、参数井施工、综合测井与特殊测井、实验测试、数值模拟等手段从煤系“三气”源岩-储层空间发育与叠置格架特征、“三气”源岩地化与储层物性特征、煤系“三气”气体赋存规律及含气性等方面开展煤系“三气”耦合成藏特征研究,揭示了煤系“三气”耦合成藏机理。论文取得如下主要研究成果:(1)剖析了研究区目标层沉积环境,主要发育潮坪相、三角洲相和辫状河相,厚度变化较大;分析了目标层的空间展布特征,受单斜构造控制,埋深由东向西逐渐增大;(2)基于煤系“三气”储层空间叠置特征,厘定出了研究区煤系“三气”源岩-储层-盖层组合类型,指出了煤系“三气”共生成藏的优势组合类型;(3)系统探讨了研究区有机质丰度、类型、成熟度等“三气”成藏物质基础指标,计算了研究区目标层煤岩和富有机质泥页岩生烃强度;(4)重点剖析煤系“三气”物质基础及不同岩性储层孔裂隙及渗透性特征,讨论了不同类型储层渗透率的应力敏感性;(5)建立了煤系“三气”储层游离气、吸附气含气量计算模型,计算分析了煤系“三气”赋存特征及含气性,计算了不同孔径中吸附气与游离气的比例,并讨论了页岩气、煤层气中吸附气与游离气所占比例随深度变化规律,指出研究区1500~3500m范围内适合煤系“三气”的共探共采;(6)确定出研究区煤系“三气”生成以及充注期次时间。通过反演和数值模拟等技术手段,揭示了鄂尔多斯盆地北部上古生界煤系“三气”耦合成藏机理。研究成果具有重要的理论意义,对煤系“三气”勘探开发具有现实指导意义,同时为煤系“三气”有利区科学预测和勘探开发战略部署提供理论依据。