煤层的形成及煤层气资源的富集很大程度上取决于聚煤盆地的沉积环境及其古地理特征，聚煤盆地古地理环境的三维空间恢复对于研究煤层气资源的赋存规律及勘探靶区优选至关重要。该文以沁水盆地南部柿庄南区块为研究区，提出基于多维测井数据的聚煤盆地古地理沉积环境三维空间定量恢复方法。首先利用K-means空间聚类方法对研究区煤系地层主要岩性的测井曲线响应特征进行聚类，由此定量识别单井岩性和划分岩层层序格架；进而结合各沉积单元的测井曲线形态特征和岩性组合特点，综合确定沉积环境层序；最后依据研究区1 300余口钻井的沉积剖面序列实现聚煤盆地三维沉积相模型的精细构建。结果表明，研究区煤系地层山西组空间上为三角洲平原沉积体系特征，主要发育分流河道、分流间湾、天然堤、决口扇和泥炭沼泽5种沉积微相；泥炭沼泽沉积环境发育的3#煤层平均厚度为6.25 m,其三维空间聚集与覆水深度呈现一定相关性，空间上表现为沿海退方向上煤层逐渐变薄并具有分带特征；局部上受沉积环境影响，东南地区煤层煤质较好且顶部的泥岩、砂质泥岩较厚，有利于煤层气封存，为煤层气资源开发的有利靶区。