南华北盆地页岩气勘探开发处于初期阶段,石炭-二叠系海陆过渡相煤系地层岩性变化快,不同岩性频繁互层。论文通过南华北盆地石炭-二叠统煤系岩系发育地质背景、源岩地球化学特征、天然气地球化学特征、天然气成因与来源研究,分析不同储集层天然气来源,探讨了高过成熟阶段天然气碳同位素倒转原因,建立了海陆过渡相天然气成藏基本模式,取得以下认识:南华北盆地石炭-二叠统烃源岩发育主要受沉积环境影响,山西组为三角洲沉积,太原组为浅水陆棚沉积,在盆地的西北沉积厚度大,沿东南方向减薄,有机质类型主要为Ⅲ型,太原组TOC整体要高于山西组,处于高-过成熟度阶段。南华北盆地天然气为典型的干气,天然气干燥系数高,通过对解吸气组分和同位素分析研究,二氧化碳碳同位素和稀有气体氩同位素相关交互得出,二氧化碳为有机热成因,氮气氮同位素值分布域可以看出氮气为有机质成熟阶段和黏土矿物高温变质释放混合成因。通过南华北盆地天然气成因分析认为,不同岩性中天然气同位素分布域不同,并且按岩性存在一定的规律性,即天然气由页岩和煤岩中向砂岩和灰岩中运移富集,砂岩和灰岩中的同位素相对较轻。烷烃气碳同位素倒转主要是高-过成熟阶段高温条件下的瑞利分馏作用引起,郑西页1井成熟度高,碳同位素系列在经过倒转后恢复正序。通过烃源岩热模拟生气实验、研究区等温吸附实验及南华北盆地构造地质背景分析得出山西组和太原组具有良好的生烃能力和成藏条件,将研究区天然气成藏分为以煤岩生气来源为主天然气成藏类型,以页岩生气来源为主天然气成藏类型,以煤岩和页岩为生气来源的天然气成藏类型,得出太原组以灰岩为顶底板的含煤页岩层系为天然气成藏有利模式。论文系统研究了南华北盆地海陆过渡相天然气地球化学成因来源和成藏模式,对南华北盆地天然气成藏分布具有一定的参考意义。