煤层气成因类型及影响因素
简述煤层气的赋存及开采机理。
简述煤层气的赋存及开采机理。
煤层气是一种天然气，主要由甲烷组成，赋存于煤层中。
煤层气的开采机理主要包括煤层气的形成、赋存、运移和采集。
煤层气的形成是由于煤层在地质历史中经历了多次地质作用，如沉积、压实、变质等，导致煤层中的有机质分解产生甲烷等气体。
这些气体在煤层中被吸附或溶解，形成煤层气。
煤层气的赋存主要有两种形式，一种是吸附态，即气体分子被煤层孔隙吸附，另一种是游离态，即气体分子在煤层孔隙中自由运动。
煤层气的赋存状态与煤层孔隙结构、煤层压力、温度等因素有关。
煤层气的运移主要是通过煤层孔隙和裂隙进行，其中煤层孔隙是煤层气的主要运移通道。
煤层气的运移速度较慢，通常需要数年甚至数十年才能从煤层中运移至井口。
煤层气的采集主要是通过钻井和抽采的方式进行。
钻井是为了建立煤层气的采集通道，抽采则是通过井口抽取煤层气。
煤层气的采集需要考虑煤层气的赋存状态、煤层压力、温度等因素，以保证采集效果和安全性。
煤层气的赋存及开采机理是一个复杂的过程，需要综合考虑地质、物理、化学等多方面因素。
随着技术的不断进步，煤层气的开采将会更加高效、安全和环保。
煤层气成因及产地研究
煤层气成因及产地研究1煤层气的成因煤层气是一种新兴的资源，它是煤炭富集的深部有机晶体岩体中的液态天然气。
煤层气是在超高压、高压或超低压条件下，通过煤层结构或煤层物理及化学特征形成的一种天然气形态，是一种非常可观赏，也是人类活动一部分的能源来源，它主要由甲烷、乙烷、丁烷与二氧化碳组成，常由煤矿渗流而聚集而成。
煤中可以形成煤层气的成因主要有两个，其一是生物成因，即以生物体形成的烃。
在煤层中，大量的有机质吸��和室内分解，作用于煤矿应力下的深部有机晶体岩体，产生大量的烃，然后形成煤层气。
另外一种是物化成因，即在煤层应力梯度和温度范围内，煤中有机质与水蒸气相分离，再混合而成的烃，随着深层温度升高，煤中的有机物、水和气体等相互作用，氧化烃被一次氧化等微生物作用推动形成煤层气。
2煤层气的产地煤层气的产地通常分布在古老的深层煤系中，主要以古生界的中到新元古生界的低温高压湖相陆相和火山岩系次级煤系为主，煤系中抽油石古近系陆相、盆地成煤期及无柱胶结层煤等都可形成煤层气。
一般来说，中国煤层气的分布地质遍及华北、东北、华东、华南及西北等地，由于煤层气成熟度和功能差异性大，因此也存在多种产地性质。
在中国，煤层气多以盆地形成，主要分布于塔里木、晋城、胶东半岛等地，塔里木盆地煤层气资源非常丰富，可在灰岩中发现，其中的山湖煤系煤层气更是资源量十分可观；晋城盆地的煤层气资源分布较广，主要以熔岩层煤系煤层气为主，可分布于岩层油脂及芡绿的低温高压复合海湾相和平原滩涂平原沉积；而胶东半岛也是中国煤层气资源最丰富的地区之一，主要分布于侏罗系湖相、深层低温火山岩中等。
3结论煤层气是一种新兴的资源，它是由煤矿渗流而聚集而成的，是一种有利的能源来源，对人类活动有着重要的作用。
在煤层可以形成煤层气的成因有两类，其一是生物成因，其二是物理化学成因。
煤层气的分布主要集中在华北、东北、华东、华南及西北等地，中国煤层气分布较多，在塔里木、晋城、胶东半岛等地产地资源可观，煤层气将对现代社会提供更大的发展能量。
煤层气
一、名词解释1煤层气：是指煤层生成的气体经运移、扩散后的剩余量，包括煤层颗粒基质表面吸附气，割理、裂隙游离气。
2煤型气：是相对于油型气的概念，是煤成气和煤层气的总和。
3割理：是指煤层中近于垂直层面的天然裂隙。
4构造煤：是指煤层中分布的软弱分层，是煤层在构造应力作用下发生破碎或强烈的韧、塑性变形及流变迁移的产物。
5煤层气吸附平衡：当吸附和解吸两种作用速度相等（单位时间内被固体颗粒表面吸留的气体分子数等于离开表面的分子数）时，颗粒表面上的气体分子数目就维持在某一定量，称为吸附平衡。
6煤层气藏：是指在地层压力（水压和气压）作用下保有一定数量气体的同一含煤地层的煤岩体，具有独立的构造形态；是在煤层演化作用过程中形成的，在后期构造运动中未被完全破坏，呈层状产出。
7煤层气地质储量：是指在原始状态下，赋存于已发现的具有明确计算边界的煤层气藏中的煤层气总量。
8煤成气：是煤层和煤系中分散有机质在热演化过程中生成的气态烃，经运移到煤系中或煤系以外的储层中聚集的煤型气。
9瓦斯突出煤体：构造严重破坏并具有发生瓦斯突出的瓦斯能（即含有大量瓦斯）介质条件的煤体称为瓦斯突出煤体。
10坚固性系数：用于表示岩石抗冲击能力的大小或破坏时破碎功的大小。
11瓦斯放散初速度△P：是指煤在0.1MPa压力吸附瓦斯的条件下，向一固定体积的真空空间放散时，某一时间段内所散放的瓦斯量。
12原生结构煤：指煤原生构造未受构造变动，保留原生沉积结构和构造特征，每层原生层理完整、清晰，仅有少量内、外生裂隙发育，煤体呈块状的煤；原生结构煤的煤岩成分、结构、构造与内生裂隙清晰可辨。
13煤与瓦斯突出：采煤生产过程中，在一瞬间（几秒钟）采煤工作面或巷道某处突然被破坏，迅速放出大量瓦斯，同时抛出大量的煤、岩碎块和煤粉，这种现象称为煤与瓦斯突出。
14吸附等温线：按照气体解吸特性描述的煤的响应性曲线称为吸附等温线二填空题1煤层气形成阶段：原生生物气生成阶段、热降解气生成阶段、热裂解气生成阶段和次生生物气生成阶段。
简述煤层气的赋存及开采机理。
简述煤层气的赋存及开采机理。
煤层气是一种以天然气为主要组成成分的有机矿物质，位于煤层中，具有重要的经济价值。
煤层气的形成是由煤级经历了自然热熔、长期压实形成的，其中以煤炭质部分发生的化学转化形成的烃类物质为主。
煤层气的赋存机理主要有渗漏、储存和驻留三种。
渗漏机制是指地质构造形成的胸部面上出现的渗漏洞口，天然气可以从地底深处穿过凝聚层形成流体，也可以从悬崖壁、地层剪切面等再渗漏到胸部，从而被抽出煤层，形成较高的渗漏通道，以及不同煤层产气更多的原因。
储存机制是指瓦斯以气体相存在油层中，被油层作为贮容空间，保持油层的结构特征和气体的流动状态。
驻留机制是指瓦斯驻留在煤级的微孔内，在煤层中构成“贯通型”的天然气储量，并受变形、裂隙和煤层特征的影响而分布均匀。
煤层气的开采机理是指为了开发煤层气而采取的一系列石油勘
探开采、处理和利用技术手段。
开发煤层气的目的，是为了实现其规模经济价值，采取合理的勘探开发策略和技术，开拓煤层气藏的量、质和利用率，为石油燃料供应和国家经济发展作出重要贡献。
煤层气的开采机理主要有顶板封堵开采、高抽进封堵体系开采、抽洞堵塞开采和水果眼体系开采4种。
- 1 -。
国内煤层气赋存规律的影响因素分析
国内煤层气赋存规律的影响因素分析摘要：本文主要通过讨论我国煤层气生成及含量的影响因素、煤层气保存的条件、煤层气在煤储层中赋存的方式，从而分析国内煤层气赋存规律的影响因素。
关键词：煤层气赋存方式含气量保存条件0 引言煤层气（cbm）是以自生自储式为主的非常规天然气，它主要贮存于煤层及其邻近岩层之中。
我国是煤炭资源大国，煤层气资源也极为丰富，近几年随着对煤层气研究的日益深入，煤层气开发和利用具有远大前景。
据测算，埋深小于2000m的煤层气资源量为31.46万亿m3，与陆上常规天然气资源量相当，并与其在区域分布上形成良好的资源互补。
因而通过探讨煤层气赋存的有利条件及不利条件，从而得出煤层气赋存的评价方法，对我国煤层气勘探开发及有利区块的选定具有重要的意义。
1 煤层气的赋存方式煤层气以三种状态存在于煤层之中：溶解状态，溶解于煤层内的地下水中；游离状态，其中大部分存在于各类裂隙之中，以游离态分布于煤的孔隙中；吸附状态，吸附在煤孔隙的内表面上。
溶解状态甲烷含量较少，一般以游离态和吸附态甲烷为主。
1.1 吸附状态煤层气煤层与常规天然气储层的不同主要表现在，大多数的气体都是以吸附的方式在煤层中储存的。
测算结果表明，吸附状态的气在煤中气体总量中大约占到的0%～95%还多，具体比例需要看煤的变质程度，埋藏深度等方面的影响。
由于煤是一种多孔介质，煤中的孔隙大部分为直径小于50nm的微孔，因而使煤具有很大的内表面积，（据测定，1g无烟煤微孔隙的总面积可达200m2之多，超过一般孔隙的2000倍）气体分子产生很大的表面吸引力，所以具有很强的储气能力。
在我国，中、高变质程度的烟煤和无烟煤中实测煤层气含量（干燥无灰基）比低变质褐煤要高的多。
煤中吸附气含量，可以用直接法通过煤样解吸试验得到，也可以用间接法通过langmuir方程计算求得。
其中：p—气体压力kg/cm2）；a—实验温度下最大吸附量（cm3/g·可燃物）；b—取决于实验温度及煤质的系数（kg/cm2）-1；煤吸附煤层气（甲烷）的能力与多种因素有关，主要有以下几个方面：①一般情况下，随着煤变质程度的提高，其吸附气的能力逐渐增加。
煤层气——精选推荐
一、名词解释（6个，每个5分，共30分）1、煤层气：煤层气是赋存于煤层及其围岩中的与煤炭共伴生的非常规天然气资源，其主要气体组分为甲烷(CH4)，是地史时期煤中有机质的热演化生烃产物。
2、煤矿瓦斯：在煤炭工业界通常将涌入煤矿巷道内的煤层气称之为煤矿瓦斯，其气体组分除煤层气组分外，还有煤矿巷道内气体的成分，如氮气、二氧化碳等空气组分以及一氧化碳、二氧化硫等采矿活动所产生的气体组分。
3、煤：由高等植物、浮游生物经过复杂的物理化学作用形成，包括有机和无机化合物的混合物，组成、结构非常复杂且不均一。
4、煤层：自然界中由植物遗体转变而来沉积成层的可燃矿产，由有机质和混入的矿物质所组成。
5、煤储层：鉴于煤层是煤层气的载体，煤层气界将煤层称之为“煤储层”（即煤层气储层），以示与煤层、常规油气储层的概念区别。
6、成煤物质：由于聚煤条件的不同，沉积了不同的成煤物质，主要包括包括包括高等植物、高等植物的稳定组分和浮游生物等。
7、聚煤作用：聚煤作用是古气候、古植物、古地理和古构造诸因素综合作用由高等植物及浮游生物经过复杂物理化学变化聚集成煤的过程。
8、煤的工业分析：煤的工业分析又叫煤的技术分析或实用分析。
它包括水分、灰分和挥发分产率以及固定碳四个项目，用作评价煤质的基本依据。
9、割理：割理是内生裂隙，与构造作用形成的外生裂隙相对应，是煤化过程中失水及烃类产生，煤基质收缩引起张力及高流体压力引起，通常分为两组，面割理和端割理，互相垂直，且垂直于层面方向。
10、面割理：割理中延伸距离较长、范围较大的一组，受最大主应力控制。
11、端割理：延伸范围局限于面割理之间，受最小主应力控制。
12、Klinkenberg效应：在多孔介质中，气体分子就与通道壁相互作用（碰撞），从而造成气体分子沿孔隙表面滑移，增加了分子流速，这一现象称为分子滑移现象。
这种有气体分子和固体间的相互作用产生的效应称为Klinkenberg效应。
13、含气量：单位重量煤中所含煤层气的体积，单位：m3/t。
第一章 煤层气的形成
沼泽及其形成条件 沼泽是指有植物生长的常年积水的洼地。沼泽中植物死亡 后其遗体能够被沼泽水所覆盖，使其与空气隔绝而不被完全氧 化分解，并在逐渐堆积过程后经以生物化学作用为主的变化后 可转变成泥炭的，称为泥炭沼泽。 沼泽的形成和发育是地质、地貌、气候、水文、土壤、植 被等多种自然因素综合作用的产物。 1）低洼的能够积水的地形和能够给植物提供养分的土壤； 2）年降水量大于蒸发量的气候条件； 3）入水量（流入的地表水、地下水与大气降水）>出水量 （流出的地表水、地下水与蒸发量）。
主讲人：林晓英 单位：河南理工大学能源科学与工程学院
联系方式： 18039127753 lxy2002199@
内容提纲
绪论 煤层气的生成 煤层气的储集 煤层气的赋存与产出 煤层气勘探开发选区与评价 煤层气勘探开发钻完井技术 煤层气勘探开发地球物理勘探技术 煤层气勘探开发基本参数测试技术 煤层气勘探开发增产技术 煤层气地面排采与集输工艺
第四节 煤成烃机理
一、煤成烃的物质基础
2.0 H2 O I 1.5 II CO2 1.0 III
H/C（原子比）
CH 4 0.5 IV
0
0
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
O/C （原子比）
23
图 1.1 干酪根类型及演化路径 Van Krevelen 图解[2]
第四节 煤成烃机理
从化学分类上讲，镜质组主要由III型干酪根组成，是生 气的主要物质，而壳质组主要由I型干酪根组成，是生油的主 要物质。
25
第四节 煤成烃机理
二、煤的化学结构与双组分模式
1. 煤的大分子结构 macromolecular structure 煤的大分子是由多个结构相似的 “基本结构单元” (elementary structural unit或basic structural unit) 通过桥键(bridge bond)连接而成。 这种基本结构单元类似于聚合物的聚合单体 (monomer) ，它可分为: 规则部分和不规则部分。
关于煤层气赋存地质控制因素与聚集类型的探析
关于煤层气赋存地质控制因素与聚集类型的探析探讨了构造演化和水动力条件对煤层气赋存的影响机理，根据地质控制因素的影响，认为在5类地区易形成煤层气富集区，可为我国开发利用煤层气资源提供现实依据。
标签：煤层气地质控制因素聚集类型0前言煤层气是一种自生自储型的非常规天然气，主要以吸附状态赋存于煤层孔隙的表面。
研究表明，煤层气赋存受地质构造、煤层埋深、煤层厚度、气成含气量、渗透率等地质因素的影响。
本文主要研究影响其赋存的两大地质控制因素，即地质构造与水动力特征。
在地质控制因素综合影响下，形成了5种聚焦类型，以下将一一进行表述。
1煤层气赋存的两大地质控制因素1.1 构造对煤层气赋存的控制1.1.1构造演化（1）构造演化控制煤层上覆盖层厚度。
煤层沉积埋藏后，能否形成煤层气藏，主要取决于后期构造演化条件。
上覆盖层有效厚度是地质构造发展史留下的最直接的证据，在煤层气勘探选区中承担着重要的作用。
它不仅通过控制煤层的压力而影响煤层气的吸附量，而且控制着游离气的散失;而构造演化控制着成藏过程中上覆盖层厚度的变化。
（2）构造的回返抬升对煤层气富集的控制。
现今埋深相同的煤层，其经历的回返抬升的时间早晚和长短不同，煤层气的富集程度也不同。
抬升回返时间晚且短，煤层气散失的时间就短，对煤层气藏的保存有利。
1.1.2构造形态不同形态的地质构造，地质构造的不同部位，不同力学性质和封闭情况形成了有利于煤层气赋存或逸散的不同条件。
封闭性地质构造有利于煤层气赋存，开放性地质构造有利于煤层气逸散排放。
（1）褶皱。
在褶皱的不同部位，围岩的封闭能力有较大差别。
在背斜轴部，节理以张性为主，围岩封闭能力明显减弱;但如果背斜闭合而完整且盖层不透气，则为良好的储存煤层气储集场所，在其轴部煤层内往往聚集高压气，形成“气顶”。
在向斜轴部，节理以压性或压扭性为主，围岩封存能力较强。
理论研究和实践亦表明，向斜为煤层气富集的主要构造形态[28]。
（2）断层。
断层保存煤层气的能力随断裂性质的不同而具有显著的差异。
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煤层气成因类型及影响因素煤层气成因类型及影响因素煤层气成因类型及影响因素摘要:煤层气已成为一种新兴的非常规天然气资源。
煤层气是成煤物质在煤化过程中生成并储集于煤层中的气体。
按其成因类型分为生物成因气和热成因气。
生物成因气有原生和次生两种类型，原生生物成因气一般在低级煤中生成，很难保存下来。
次生生物成因气常与后来的煤层含水系统的细菌活动有关。
热成因煤层气的生成始于高挥发份烟煤(Ro=0.5%～0.8%)。
与分散的Ⅰ/Ⅱ型或Ⅲ型干酪根生成的气体相比，煤层气的地球化学组成变化较大，反映了控制煤层气组成和成因的因素多而复杂，主要的影响因素包括煤岩组分、煤级、生气过程和埋藏深度及相应的温度压力条件。
此外，水动力等地质条件和次生作用等也影响着煤层气的组成。
煤层气，又称煤层甲烷(Coalbed Methane, 简称CBM) ，俗称煤层瓦斯，指自生自储于煤层中的气体，成分以甲烷为主，含少量其它气体成分。
在长期的地下采煤过程中，这种气体一直被视为有害气体。
70年代末，由于能源危机，美国政府采取税制优惠政策，鼓励煤层气的开发工作，从而推动了煤层气的研究和开发试验工作，并于80年代初取得重大突破，成为第一个进行大规模商业性生产的国家，证实了煤层气资源的巨大价值与潜力，从而引起煤层气研究的全球性热潮。
据估计，全世界煤层气的资源量可达(84.9～254.9)×1012m3。
根据美国的报告，煤层气的采收率为30%～60%，最高可达80%。
煤层气的发热量也很高，达8 000～9 000 kcal/m3，相当于常规天然气的90%以上。
煤层气属洁净能源，甲烷含量一般在80%～90%以上，燃烧时仅产生少量CO2。
因此，煤层气是一种潜力巨大的非常规天然气资源。
而且，采煤前排出煤层中的气体，也有利于地下采煤的安全和大气环境的改善。
1 煤层气的成因类型与形成机理植物体埋藏后，经过微生物的生物化学作用转化为泥炭(泥炭化作用阶段) ，泥炭又经历以物理化学作用为主的地质作用，向褐煤、烟煤和无烟煤转化(煤化作用阶段) 。
在煤化作用过程中，成煤物质发生了复杂的物理化学变化，挥发份含量和含水量减少，发热量和固定碳的含量增加，同时也生成了以甲烷为主的气体。
煤体由褐煤转化为烟煤的过程，每吨煤伴随有280～350m3(甚至更多) 的甲烷及100～150m3的二氧化碳析出。
泥炭在煤化作用过程中，通过两个过程，即生物成因过程和热成因过程而生成气体。
生成的气体分别称为生物成因气和热成因气(表1) 。
1.1生物成因气生物成因气是指在相对低的温度(一般小于50℃) 条件下，通过细菌的参与或作用，在煤层中生成的以甲烷为主并含少量其它成分的气体。
生物成因气的生成有两种机制，即二氧化碳的还原作用和有机酸(一般为乙酸) 的发酵作用。
尽管两种作用都在近地表环境中进行，但根据组分研究，大部分古代聚集的生物气可能来自二氧化碳的还原作用。
煤层中生成大量生物成因气的有利条件是：大量有机质的快速沉积、充裕的孔隙空间、低温和高pH 值的缺氧环境。
按照生气时间和母质以及地质条件的不同，生物成因气有原生生物成因气和次生生物成因气两种类型，两者在成因上无本质差别。
(1)原生生物成因气原生生物成因气是在煤化作用阶段早期，泥炭沼泽环境中的低变质煤(泥炭到亚烟煤) 经细菌等有机质分解等一系列复杂过程所生成的气体。
由于泥炭或低变质煤中的孔隙很有限，加之埋藏浅、压力低，对气体的吸附作用也弱，故一般认为原生生物成因气难以保存下来。
对于原生生物成因气和热成因气的形成阶段，不同学者的划分方案不尽相同，A.R.Scott 等以Ｒo(2) 次生生物成因气煤系地层在后期被构造作用抬升并剥蚀到近地表，细菌通过流动水(多为雨水) 可运移到煤层含水层中。
在相对低的温度下(一般小于50 ℃) ，细菌通过降解和代谢作用将煤层中已生成的湿气转变成甲烷和二氧化碳，即形成次生生物成因气。
次生生物气的形成时代一般较晚(几万至几百万年前) 。
煤层中存留的生物成因气大部分属于次生生物成因气。
次生生物成因气的生成和保存需以下条件：①煤级为褐煤或褐煤以上；②煤层所在区域发生过隆起(抬升) 作用；③煤层有适宜的渗透性；④沿盆地边缘有流水回灌到盆地煤层中；⑤有细菌运移到煤层中；⑥煤层具有较高的储层压力和能储存大量气体的圈闭条件。
1.2 热成因气当温度超过50 ℃，煤化作用增强，煤中碳含量丰富起来，而大量富氢和富氧的挥发份释放出来(去挥发份作用) ，其主要成分是甲烷、二氧化碳和水等。
在较高温度下，有机酸的脱羧基作用也可以生成甲烷和二氧化碳。
热成因气体的生成一般分为早期阶段和主要阶段(也称为晚期阶段) 。
(1) 早期阶段Scott 认为煤化作用早期阶段，从高挥发份烟煤(Ｒo 介于0.5%～0.8%之间，表1) 中生成气体。
气体的一般特征是含有较多的乙烷、丙烷及其它湿气成分。
其中湿气生成阶段(Ｒo 值为0.6%～0.8%)产生的煤层气中的干燥系数低于0.80，且乙烷含量可能超过11%。
(2) 主要阶段根据美国和德国各种煤层的资料，假定只有甲烷和二氧化碳从煤中释放出来，则大量有工业价值的煤层气在煤的Ｒo 值介于0.7%～1.0%之间时生成。
即煤级达到高挥发性A烟煤(Ｒo=0.74%～1.0%)时，有显著数量的热成因甲烷生成，在Ｒo 值为1.2%前后处于生气高峰期(图1) 。
2. 煤层气的组分与同位素组成特征Rice 总结了世界各地煤层气的组分和同位素组成资料，所有气样都采自煤层中，而不是采自相邻的储层中。
另外，气体除了直接采自矿井外，还有两个补充源：煤样解吸气和地面开采的煤层气。
煤样解吸试验的方法是，取煤芯或煤粉快速置于一个密闭容器中，经过几天到几个月时间的脱气作用，收集释放出来的气体进行测试。
气体样品采自年代从晚石炭世宾夕法尼亚组到第三纪的煤层中。
煤级从褐煤到无烟煤(Ｒo=0.3%～4.9%)。
含气煤层的深度从121.91m(地下矿井) 到441938m(钻孔) 。
从Rice 的研究可以看出，世界各地煤层气的组分和同位素组成差异很大。
甲烷和其它烃类组分通常是煤层气的主要组分，并含少量CO2和N2。
气体中烃的组成，用气体湿度(C2+即乙烷及其以上重烃百分含量) 来表示，湿度值介于0～70.5%之间。
煤层气的同位素组成也有较大差异。
甲烷的δ13C 值分布范围很宽，在-8%～-1.68%之间；乙烷的δ13C 值介于-3.29%～-2.28%之间；甲烷的δD 值分布在-33.3%～-11.7%之间；二氧化碳的δ13C 值从-2.66%到+1.6%。
从煤样中解吸出的甲烷的δ13C 值比开采气或自由(游离) 气体中甲烷的δ13C 值高出几个千分点。
这是因为在解吸作用过程中，发生同位素分馏作用，13C 富集到了解吸气体中。
此外，在同一盆地中，变质程度相同的煤，其中的煤层气的组分和同位素组成也有变化。
总之，煤层气是经过漫长的演化过程形成的。
其组份和同位素组成受各种复杂因素的影响而不断发生变化，从而造成世界各地煤层气的组分和同位素组成千差万别。
3. 影响煤层气地球化学组成和变化的因素与机理世界各地煤层气组分和同位素组成差异很大，煤层气组成主要受煤岩组分(母质) 、煤级、生气过程、埋深及相应的温压条件等因素的影响。
此外水动力等地质条件和次生作用(如混合、氧化作用) 等也影响煤层气的组成。
3.1 煤岩组分煤岩组分是煤的基本成分，是煤层气的生气母质，所以可能是影响煤层气组成的首要因素。
大多数煤归类为腐殖质(Ⅲ型干酪根) ，其煤岩组分以镜质组为主，并含有少量的壳质组和惰性组。
壳质组通常富氢，是煤成油的主要显微组分，具有很高的生烃能力。
近来的岩相和地球化学研究已证明：镜质组和Ⅲ型干酪根的热演化途径一致，主要生成甲烷和其它气体，镜质组富氢的某些组分亦可生成液态烃。
惰性组的产气量比相同煤级的壳质组和镜质组低。
三种煤岩组分的烃气产率，以壳质组最高，镜质组次之，惰性组最低。
在中等变质煤(高挥发份烟煤至中挥发份烟煤) 中，腐泥型煤(Ⅰ、Ⅱ型干酪根，主要为壳质组和富氢镜质组) 能够生成湿气和液态烃，而腐殖型煤(Ⅲ型干酪根，主要含镜质组) 则生成较干的气体。
对于高变质煤，煤层气主要成分是甲烷，由残留干酪根和早期生成的重烃裂解而形成。
一般地说，含富氧干酪根的煤(镜质组为主) 生成的煤层气和含富氢干酪根的煤(壳质组和富氢镜质组为主) 生成的煤层气相比，在成熟度相同的条件下，前者比后者δ13C1值较大，而前者甲烷和乙烷的δ13C 值的分布范围比后者窄。
这是因为脂肪族烃热裂解生成的甲烷同位素较轻，这种甲烷在含富氢干酪根的煤层生成的气体中占优势；芳香族烃热裂解生成甲烷的碳同位素较重，它在含富氧干酪根的煤层生成的气体中占主导地位。
煤的热演化早期阶段所生成的液态烃保留在煤的微结构中。
在较高温度时，煤层中的液态烃裂解，生成的气体，它比直接产自干酪根的气体有较大的δ13C 值。
3.2煤变质程度(煤级)煤的变质程度是控制气体生成量和组分的重要因素，同时也影响着煤层气的同位素组成。
一般地说，煤变质程度越高，生成的气体量也增多。
低变质煤(亚烟煤～中挥发份烟煤) 生成的热成因气以二氧化碳为主，而高变质煤(低挥发份烟煤及其以上煤级的煤) 生成的气体主要成分为甲烷(图1) 。
中国、澳大利亚、美国等地煤层气的研究表明：煤层气中甲烷的δ13C 值和相关煤的煤级有一定关系。
通常低变质煤生成的煤层气中甲烷的δ13C 值较小，高变质煤生成的煤层气中甲烷的δ13C 值较大。
对于未发生次生变化的原生煤层气而言，随着煤变质程度的提高，相应煤层气中的甲烷富集氘(δD 值较大) 和13C(δ13C1值较大) 。
3.3 生气过程如前所述，煤层气的生成有生物成因和热成因两个过程。
由于生物成因气和热成因气在形成时间、生成温压、母质和生气机理(有无细菌活动等) 等方面的差异，所以这两个过程中所生成的煤层气的组成也有较大差异。
通常由于生物体对12C 的富集，所以生物成因气的δ13C1值较小，甲烷的δ13C1值一般介于-5.5%～-9.0%之间甚或更轻。
生物成因气通过二氧化碳还原作用和有机酸发酵作用而生成。
这两种不同的生气机制所生成的生物气的同位素特征也有差异。
通常由二氧化碳还原作用生成的甲烷碳同位素较轻(甲烷δ13C 值介于-5.5%～-11%之间) ，且富氘(δD 值介于-15%～-25%之间) ；有机酸发酵作用生成的甲烷碳同位素则较重(甲烷δ13C 值在-4%～-7%之间) ，且消耗氘(δD 值在-25%～-40%之间) 。
但要注意，二氧化碳还原生成甲烷的δ13C 值和CO2基质的δ13C1值有关，甲烷的δD 值和地层水的δD 值有关。
与生物成因气相比，热成因煤层气有如下特征：①重烃一般出现在高中挥发份烟煤及变质程度更高的煤中；②随着煤化程度的提高，重同位素13C 在甲烷和乙烷中富集(甲烷δ13C 值大于-5.5%)；这是因为在热成因成气过程中，随着煤化程度的提高, 气体分子中的12C-12C 键比12C-13C 键更频繁地断开，致使残留气体中富集13C ，所以热成因气体的δ13C1值随之增大。