沁水盆地晚古生代含煤地层主要为晚石炭世太原组和早二叠世山西组,可采煤层有太原组第15号煤层和山西组第3号煤层,两者均为高煤阶无烟煤。对含煤地层内部各成因相及其组合的综合分析表明,太原组为陆表海多堡岛与碳酸盐台地复合沉积体系。第15号煤层形成于海退持续时间较长的潮汐三角洲环境,其中三角洲平原沼泽相中煤层较厚,滞留泻湖相中煤层较薄,障壁沙坝一带煤层厚度较稳定。山西组为河控三角洲沉积体系。三角洲平原沼泽环境中均衡补偿沉积持续时间较长,形成的第3号煤层厚度较大,结构简单。三角洲前缘沙坝中煤层厚度稍薄,分流河道中煤层不稳定。煤层气勘探实践表明,在同一口试气井中,盆地内大部分地方第3号煤层比第15号煤层厚度大,生气能力强,煤层气保存条件优越,气体质量浓度、含气饱和度、煤层气资源量高。因此,第3号煤层应是沁水盆地煤层气试采和商业化开发的首选目标层。