多岩性组合层状储层在纵向上交替发育多类含气产层，储层纵向岩性复杂多变、岩石力学性质及地应力条件差异大，采用纵向一体化穿层压裂改造时，水力裂缝垂向扩展形态复杂及延伸穿层规律不清。鉴于此，基于实际典型多岩性组合层状储层特征，通过室内浇筑灰岩、页岩与煤岩组合的大尺寸分层压裂试样，开展真三轴水力压裂物理模拟试验，研究垂直井与水平井2种井型条件下，多因素对水力裂缝垂向扩展行为的影响，并分析泵压曲线响应特征。试验结果表明:水力裂缝在纵向上呈现非对称、非平面扩展特征;依据水力裂缝与岩性界面不同的作用方式，具有停止、转向、分叉、穿透等多种复杂扩展模式;直井压裂时，主水力裂缝呈“十”字型，水力裂缝先后在水平和纵向上发生转向，充分沟通煤层割理;水平井压裂时，扩展至弱结构面时易发生分叉、转向扩展;垂向应力系数越大，水力裂缝越容易穿透岩性界面而沟通相邻产层;试样内部天然裂缝系统增加了水力裂缝转向、分叉概率及水平展布范围，但亦可耗散水力能量，限制缝高延伸;水力裂缝穿透岩性界面时，泵压曲线呈现增-降-增特征，沟通煤岩割理时曲线持续小幅度波动。建议一体化穿层压裂时避免选择在天然弱面发育的页岩层与煤层实施压裂作业，适当提高压裂液排量可增加穿层扩展概率以及提高水力裂缝分叉扩展的可能性。研究结果可为认识多岩性组合层状储层一体化压裂水力裂缝形态与优化施工参数提供指导。