我国生态脆弱矿区水资源整体匮乏，但局部地区矿井涌水却异常巨大。对生态脆弱矿区异常矿井充水水源识别，对矿区生态环境保护意义重大。研究以涌水量超过1 000 m³/h的榆树湾煤矿为背景，在分析矿井涌水量特征的基础上，采集了研究区主要含水层和矿井涌水点的30个水样，开展了水样高通量微生物测序研究。对测序结果采用Alpha多样性分析、Beta多样性分析及微生物构成差异分析，系统研究了矿井水体中微生物群落特征，分析了矿井充水来源。研究结果表明：高通量测试结果通过了Coverage指数检验，验证了其用于矿井充水识别的可行性。但人类活动密切接触的水样显示出微生物更加丰富，需要在取样中有效规避。榆树湾煤矿浅表松散含水层中微生物丰富度和多样性都较高，以新鞘脂菌属（Novosphingobium）、梭杆菌属（Fusobacterium）和硫属（Sulfuricum）等微生物丰度最高；直罗组为代表的基岩含水层微生物丰富度较低，但微生物多样性较高，以丛毛单胞菌属（Comamonas）、蛲虫属（Vermiphilaceae）和巴氏杆菌（Paeniglutamicibacter）等微生物丰度最高。所有水样中最为优势的门类为变形菌门，占比达到35.5%～89.7%。Alpha多样性、PCoA和NSDM分析揭示了榆树湾矿井充水水源主要来自松散含水层和直罗组含水层。但Beta多样性分析发现，随着直罗组静储量的释放，松散层中离石组黄土充水比例进一步增大。综合分析显示，榆树湾煤矿目前为基岩含水层快速释水+离石组含水层持续释水模式的充水模式，矿井涌水统计分析结果验证了这一结论。研究为相似化学成分含水层充水识别，提供了新的方法。