本论文在介绍了沾化凹陷孤北潜山构造沉积特征及煤系地层的发育特征之后,首先对研究区已发现天然气进行了成因分类,以确定本区煤成气的存在并为后续煤成气判识标志的建立及煤成气气源对比提供研究对象;其次,通过深入分析研究区中、古生界煤系烃源岩的常规地球化学特征,对两套煤系烃源岩的静态生烃条件进行了对比;第三,通过生烃物理模拟实验及生烃动力学研究,对煤系烃源岩的动态地球化学特征进行了详细剖析,对二者的生烃潜力进行了动态对比,并探讨了热模拟气相关轻烃指标的差异;第四,通过对煤系烃源岩吸附烃及煤成气重烃的地球化学特征分析,筛选出了能有效区分中、古生界煤成气的参数或指标;第五,在上述研究的基础上,建立了沾化凹陷孤北潜山中、古生界煤成气的判识标志,并对研究区已发现煤成气进行了气源对比;最后,在全面分析两套煤系烃源岩生烃潜力的基础上,依据煤成气藏主控因素,分析了研究区煤成气有利勘探目标。本论文取得以下主要结论或认识:1)从沉积相及岩性组合来看,石炭系太原组、二叠系山西组及中生界侏罗系坊子组煤层和暗色泥岩厚度大,分布稳定,是孤北潜山煤系地层及煤系烃源岩的主要发育层段。2)通过天然气组分、碳同位素及轻烃特征分析,认为沙四段和奥陶系天然气主要为油型气（义115井沙四段天然气可能混有煤成气）;孤北古1井、义155井、渤930井石炭-二叠系天然气为煤成气;渤93井、义132井、孤北古2井石炭-二叠系天然气为煤成气和油型气的混合气。3)常规地球化学分析结果表明,孤北潜山石炭-二叠系煤系烃源岩有机质丰度和类型好于中生界。另外,从生物标志物特征来看,中生界煤系烃源岩可溶有机质规则甾烷中ααα-C₂₇（20R）、ααα-C₂₈（20R）、ααα-C₂₉（20R）构型呈近似的反“L”型,而石炭-二叠系则呈近似的“V”字型分布;中生界萜烷系列化合物中伽马蜡烷含量很低,而石炭-二叠系则具有中等含量的伽马蜡烷,表明石炭-二叠系煤系烃源岩的有机质生源及沉积环境要好于中生界。因此,从总体来看,石炭-二叠系煤系烃源岩的静态生烃条件要优于中生界。4)生烃物理模拟实验结果表明,两套煤系烃源岩的生气过程基本一致,但石炭-二叠系的总体生烃率高于中生界。同时,在相同的模拟温度点,石炭-二叠系煤系烃源岩热模拟气的庚烷值和异庚烷值小于中生界;中生界煤系烃源岩热模拟气含有相对较多的环烷烃（N）,而石炭-二叠系烃源岩则链烷烃（I+P）含量相对较高,导致两者在C₆N/（I+P）-C₇N/（I+P）相关图上可以较好地区分开来。5)生烃及碳同位素动力学研究结果表明,两套煤系烃源岩热解气在同一温度点的碳同位素总体特征、热解气甲烷转化率与碳同位素的变化关系上具有相似的特征,但从总体来看,石炭系的煤无论是甲烷还是C2^C5,其产率在所有样品中均为最高,表明石炭系煤是最具生气潜力的母岩;另外,两者在生烃活化能、生气模式,甲烷、乙烷、丙烷碳同位素随Ro的变化趋势上存在一定的差异,其中中生界煤和泥岩甲烷碳同位素随有机质成熟度的变化表现为两段式,而石炭系煤和泥岩碳同位素演化则成呈三段式。研究表明,累积生气与瞬时生气的甲烷与乙烷碳同位素值关系图版大致可以区分一次生气与二次生气之间碳同位素的差异;气藏中的甲烷碳同位素演化往往介于“瞬时”与“累积”甲烷碳同位素之间。根据煤系烃源岩生烃-埋藏史研究结果,孤北潜山煤系烃源岩的烃类充注过程大致可分为四期,即中晚三叠世、中白垩世、晚古近纪以及新近纪-第四纪。依据甲烷累积生成量与碳同位素的关系,孤北古1井煤成气主要来自石炭-二叠系煤系烃源岩。6)两套煤系烃源岩的酸解烃特征存在较大差异,并可以用轻烃指纹分布特征以及轻烃参数中的庚烷值和异庚烷值、C₆N/（I+P）-C₇N/（I+P）相关关系以及Mango参数K1和K2等指标将其较好地区分开来;两套煤系烃源岩的热蒸发烃特征存在一定的差异,主要表现在轻烃指纹分布特征、庚烷值和异庚烷值、环烷指数CA2;另外,煤成气重烃生物标志物特征是区分不同类型煤成气的最直接标志。7)根据煤系烃源岩可溶有机质生物标志物、生烃物理模拟气、生烃动力学模拟气、酸解烃、热蒸发烃以及天然气重烃的地球化学特征,建立了孤北潜山中、古生界煤成气判识标志:重烃的甾萜烷分布特征、轻烃庚烷值和异庚烷值、轻烃C₆N/（I+P）和C₇N/（I+P）比值、轻烃Mango参数K1和K2、轻烃指纹特征、稳定碳同位素特征（各标志的详细内容见第8章）。在实际应用过程中应结合上述具体的参数和图版进行综合判断。8)利用所建立的判识标志进行的气源分析表明,孤北古1井煤成气来自石炭-二叠系煤系烃源岩,渤930井煤成气来自中生界煤系烃源岩,而义155井煤成气主要来自石炭-二叠系煤系烃源岩,并有中生界煤系烃源岩的部分贡献。9)综合分析表明,石炭-二叠系煤系烃源岩是孤北潜山煤成气的主力烃源岩;研究区煤成气藏的主控因素为晚期生烃有效、构造控制成藏、二叠系砂岩富集;依据上述研究结果,优选了三个煤成气有利勘探目标。