基于区域水文地质和煤层气勘探开发成果,采用现场观察、采样测试等手段,以黔西珠藏向斜多层叠置含煤层气系统为研究对象,从矿物学、煤层气地质学、水文学、水文地球化学、同位素水文学,微量元素地球化学、统计学等角度,划分了多层叠置煤储层含水系统,研究了各含水系统的粘土矿物及地下水化学、离子组合、环境同位素、放射性同位素、可溶性微量元素等的赋存规律,探讨了研究区水动力场的展布特征,构建了不同含水系统的锶同位素混合模型及煤层气井合层排采水源判别模式。将研究区划分为上部、中部、下部三套叠置的煤储层含水系统,不同含水系统粘土矿物赋存形态、产状与煤储层的孔隙度、渗透率及地下流体密切相关;各含水系统地下水矿化度、氢氧同位素、锶同位素、碘同位素均随埋深增加浓度增大;上部、中部含气系统储层水的年龄均不超过2Ma,下部含气系统储层水年龄为17.28Ma,各含水系统均由极少量的古大气降水和比例较高的现代大气降水演化而来;运用熵权模糊综合评价法、可拓识别法对合层排采水来源判识结果表明煤层气合层排采过程中流体压力高的含气系统对其他系统存在干扰,运用主要离子判断了合层排采水系统的来源;提取了Ca,K,Mg,Na,Sr,Li,Rb,Ba作为判别煤层气产出水的特征元素,其中Ca,Mg,Na,Li可作为特征元素中的刻度性元素。论文成果对多煤层叠置含气系统内煤层气的有序开发具有指导作用。