晚古生代太原组含煤地层主要由煤、泥岩、灰岩和砂岩等多旋回沉积组成,该层系同时是我国重要的煤系气发育层位,太原组含煤地层的沉积环境和储层特征对华北晚古生代太原组非常规天然气勘探开发具有重要意义。本文以阳泉矿区寺家庄矿为例,开展了煤和泥岩样品岩石学、元素地球化学和有机地球化学分析,对其有机质来源及有机质富集机理进行了探讨;采用气体吸附法表征煤系泥岩的孔隙结构特征,分析了孔隙发育的主控因素。结果表明:（1）在太原组过渡环境中,随着气候逐渐变暖和干燥,陆源碎屑的输入量逐渐增加,相对海平面上升终止了Ⅰ段15#煤层的沉积。突发性海侵促进了海洋水体分层,底水形成弱还原环境,在浅水沉积物上覆盖了灰黑色、黑色泥岩,这个过程同时影响了有机质来源。Ⅱ段泻湖相泥岩中有较大的U/Th、δU、Ceanom和古水深值,表明了沉积水体的含氧量降低。（2）工业分析结果和Pr/n C17值反映出研究区煤和泥岩的有机质成熟度已经达到成熟阶段。在沼泽潮坪相中,煤和碳质泥岩的生物来源主要是高等植物;在泻湖相环境中,由于水体较深,并受到海洋的影响,发现了大量藻类。太原组煤系气储层有机质富集的主控因素是沉积速率和氧化还原条件,快速沉降促进了煤和煤质泥岩中有机质的积累,且有机质的保存与氧化还原条件的震荡变化有关,而深水中的弱还原环境促进了黑色泥岩的沉积。（3）在阳泉太原组煤系泥岩中共识别出7种岩相,包括贫有机质含硅黏土质泥岩、贫有机质黏土质泥岩、富有机质含硅黏土质泥岩、含有机质含硅黏土质泥岩、含有机质含黏土硅质泥岩、富有机质黏土质泥岩和含有机质黏土质泥岩。相比Ⅰ段泥岩,Ⅱ段泥岩中的硅质和碳酸盐矿物的含量大幅度增加。（4）煤系泥岩的孔隙结构具有较强的非均质性,在纳米孔中,10-20nm孔径的孔隙为孔体积作了主要贡献,微孔贡献了主要的比表面积。岩相影响了含煤页岩孔隙结构的非均质性,孔隙发育的主要控制因素为有机质丰度、粘土矿物和石英含量。煤系泥岩的微孔发育与有机质丰度、黏土矿物含量呈正相关关系。且随着热演化程度的增加,蒙脱石转变为伊利石或绿泥石时,粘土矿物的孔体积和比表面积降低。由于石英自生加大现象,石英对微孔发育产生抑制作用。图26幅,表12个,参考文献153篇。