煤层气是一种清洁的非常规能源，对其进行开发利用具有保障矿井安全生产、资源回收利用和温室气体减排等多方面的综合效益。目前，美国、澳大利亚、加拿大和中国等国家煤层气已实现地面大规模产业化开发，但是我国许多煤田种煤层气成因还没有完全厘清，不同成因类型的煤层气资源分布特征等重要问题还没有完全查明。因而，对煤层气形成机理、赋存特征和资源前景等科学问题进行深入研究，不仅能够促进煤层气地质学等相关学科的发展，而且可为煤层气的勘探开发选区提供理论依据。　　本文通过对淮北煤田地质特征的系统调研和采样分析，分别从煤层气地球化学特征、煤系地层水化学组成与演化特征以及气源岩生烃特征和生物标志化合物的生物降解特征等方面开展煤层气成因机理和赋存特征的相关研究，并取得了以下主要学术成果和认识:　　(1)含煤地层生烃性能方面　　淮北煤田煤岩和煤系泥岩的有机质含量都比较高，有机质类型以Ⅲ型干酪根为主。由于液态烃转化率较低（HC＜10 mg/g），煤和煤系泥岩都是以产气为主的良好烃源岩。有机质已达到成熟、过成熟阶段，因此考虑到含煤地层总厚度较大，煤系泥岩等沉积岩生成的甲烷资源量需要进行科学评价。　　(2)煤层气成因及其地球化学特征方面　　淮北煤田成煤后期含煤地层遭受了强烈地改造，煤层气的成因机理和赋存规律相对复杂。热成因气和生物成因气在淮北煤田均有赋存。根据含煤地层埋深以及空间上的分布特征，不同成因类型的煤层气可划分为:煤层气氧化区、次生生物气赋存区、混合成因煤层气赋存区和热成因煤层气赋存区。濉萧矿区煤层气资源前景最差，主要取决于深部残余热成因气的资源规模;临涣矿区煤层气资源前景为中等水平;宿州矿区煤层气的逸散在三个矿区中最不明显，且大规模的次生生物气的补充又进一步增加了煤层气的资源规模，因此该矿区资源前景最好。　　(3)煤系地层水化学特征及生物成因气的生成方面　　淮北煤田宿州矿区各类含水层都经历了复杂的水文地球化学演化过程。新生界含水层和灰岩含水层中膏盐、芒硝类蒸发岩的溶解贡献了额外的Ca2+和Mg2+，而煤系含水层中额外补充的HCO3-可能来源于煤有机质热演化、微生物降解或者有机质矿化形成的CO2溶解。三类含水层的水化学组成均受硅酸岩和蒸发岩的溶解控制，并且存在明显的离子交换等水岩交换反应。煤系地层水和煤层气井产出水中[Na++K+]/[Ca2++Mg2+]比值过高，这类水体直接排放还会对地表土壤和水体等产生不利影响。　　研究区各类含水层分别受古大气降水或现代大气降水的补给。古大气降水的注入后，协同原有煤系地层水为煤层气的保存提供了一个有利的封闭环境。煤系含水层中较高的甲烷浓度、较高的溶解无机碳(DIC)含量和明显偏重的无机碳碳同位素组成等都是产甲烷菌等强烈新陈代谢活动和通过CO2还原作用生成生物成因甲烷的有力证据。产甲烷菌等微生物由古大气降水携带接种到煤系含水层之后，沿着煤体裂隙结构在煤层中迁移和繁衍，并生成大量生物成因甲烷。在原有热成因煤层气基础上，形成生物成因和热成因煤层气的混合富集区，其规模取决于微生物的迁移能力和原有热成因气的赋存状况。　　(4)气源岩生物标志物组成和生物降解特征方面　　淮北煤田煤和泥岩样品中各组分含量特征为:非烃和沥青质＞芳烃＞饱和烃，且两类样品的饱/芳比都低于1.0。研究区主要含煤地层形成于弱氧化-弱还原性的过渡性环境，姥植比、三芴系列化合物组成特征以及伽马蜡烷指数等参数均显示符合海陆交互沉积的沉积环境特点。物源组成方面为混合来源，以陆源有机质输入稍占优势，兼有海相有机质的输入。成熟度方面，甲基菲指数和升藿烷异构指数等都显示煤和泥岩有机质达到了成熟-过成熟阶段。　　根据饱和烃和芳烃的降解特征，本研究中煤和泥岩样品都可以分为三类:弱降解样品，中等程度降解样品和强烈降解样品，显示出生物降解的不均一性。泥岩和煤样品之间在微生物降解方面没有表现出明显的差异。与石油的降解类似，在煤和泥岩样品中微生物优先降解饱和烃中的正构烷烃，进而降解类异戊二烯。但是与石油中不同的是，芳烃组分的降解虽然不是很强烈，但明显是在正构烷烃还没有完全消失之前就已经开始。通过选用抗生物降解能力较强的苊作为内标，可以有效地对不同生物标志物的生物降解程度进行判别。　　有机质遭受较高程度的降解并不意味着有大量生物成因气的富集。硫酸盐还原菌和铁还原菌等微生物也会降解有机质，但并不生成甲烷。如果保存条件较差，即使有大量生物成因煤层气的生成，也会很难形成具有开采价值的煤层气富集区。与煤层临近的富有机质泥岩的生物降解也可以产生规模可观的生物成因气，从而对含煤地层中煤层气资源量有较大的贡献。