我国东部高潜水位煤矿区因煤粮复合、煤水复合、煤村复合成为我国土地复垦难度最大的典型地区之一;研究高潜水位煤矿区土地利用景观格局的时空演变规律,可为制订有效的土地复垦策略提供重要的科学依据。本研究选择位于江苏省徐州市的沛北煤矿区为例,选用1995年TM、2005年ETM+和2015年OLI遥感影像作为数据源,运用土地利用转移轨迹、景观格局指数等分析其景观格局变化特征,并采用CA-Markov模型预测了2025年研究区的土地利用景观格局。结果表明:(1)研究区景观变化轨迹趋势明显,耕地主要流向建设用地、塌陷积水区、水域和湿地;园林地转变为建设用地和耕地;塌陷积水面积的增加主要来源于建设用地和耕地,贡献比例分别为47.68%、19.20%;(2)CA-Markov模型情景模拟结果表明:2015~2025年,耕地、水域和湿地面积减小;建设用地和塌陷积水面积明显增加;(3)景观格局指数分析结果表明:在类型水平上,耕地、水域和湿地是主导优势地类,但耕地、塌陷积水、水域和湿地破碎化程度较高;景观水平上,景观格局总体边缘形状趋向简单。综上表明,研究区土地利用景观变化源于区域城镇化进程加快、因采矿活动导致的地表沉陷积水情况加重;建议提前编制预计塌陷区的防治及已塌陷区的规划治理方案。