在我国，以煤层气为主的清洁能源已成为能源领域的新兴产业。煤层气根据成因的不同，分为热成因气和生物成因气。生物成因气的研究，对于煤层气田的可持续发展及废弃煤矿的再生产利用具有重要意义。我国的大型煤层气田多分布在北方地区，如鄂尔多斯盆地和沁水盆地，目前已进入商业化发展阶段。南方地区煤层气开发落后于北方。但南方地区存在大量小型煤矿，煤层气总体储量较高，具有较好的开发前景。对小型煤矿煤层气的研究，不仅有利于煤矿的清洁生产，还可以减少温室气体排放及煤矿安全事故的发生。　　本研究以湖北宜昌为代表的南方地区小型煤矿和山西沁水盆地为代表的大型煤层气田为研究对象，采用454高通量测序和HiSeq宏基因组测序技术对煤层生物成因气的产生机理进行深入分析，结合生物地球化学和微生物厌氧培养技术对生物成因气的产生途径，煤矿及煤层气田产气潜能进行研究，得到如下结果:　　(1)对湖北宜昌小型煤矿瓦斯气样组分及稳定同位素分析表明瓦斯气主要为热成因气，瓦斯气溶胶中微生物多样性和丰度很高，气溶胶中微生物与甲烷代谢有关，同时发现潜在病原菌，可能对工人存在健康风险。　　(2)小型煤矿煤中和矿井水中存在参与煤降解的厌氧发酵菌及产甲烷菌，煤和水中的优势细菌类似，来自变形菌门（Proteobacteria）、厚壁菌门（Firmicutes）、放线菌门（Actinobacteria）及拟杆菌门（Bacteroidetes），而产甲烷菌的优势种不同，煤中主要为乙酸营养型的甲烷鬃毛菌（Methanosaeta），而水中的优势产甲烷菌为可利用多种底物的甲烷八叠球菌（Methanosarcina）及氢营养型的甲烷杆菌（Methanobacterium）。厌氧富集培养显示，只有添加乙酸盐的矿井水样有明显的甲烷产生，而煤样及添加其他底物的矿井水样都没有明显的甲烷产生。将水样富集群落添加到原始煤样中，经过厌氧培养发现煤样可被降解产甲烷，微生物群落的克隆文库发现，厌氧发酵细菌及甲烷八叠球菌为优势菌。同时，对乙酸浓度的监测发现，乙酸是产甲烷过程重要的中间产物。　　(3)煤层气组分及稳定同位素分析表明沁水盆地南部煤层气主要为热成因，但存在生物成因气。产出水的同位素分析表明，产出水接受大气降水的补给，外界微生物及营养物质进入煤层，是生物成因气产生的重要因素。通过对煤层地质因素及产出水的理化特征研究表明，沁水盆地南部CO2还原产甲烷途径与煤层地质和水质因素有密切关系。基于T-RFLP酶切分型的微生物群落与环境因子CCA分析发现，煤层产出水中微生物群落主要受到煤层深度，温度，水中溶解氧及pH的影响。而基于宏基因组测序的微生物群落组成分析得到潘河区块和柿庄区块煤层微生物群落结构差异不大，产甲烷菌主要为氢营养型的甲烷杆菌（Methanobacterium），是二氧化碳还原产甲烷途径的关键微生物。通过与KEGG数据库代谢途径比对分析得到，产出水微生物宏基因组中存在煤中芳烃类有机物降解及甲烷产生的代谢途径，从煤中主要成分的降解到甲烷的产生涉及到复杂的微生物群落，是大量降解细菌，水解发酵细菌，厌氧氧化菌及多种产甲烷菌共同参与的过程。　　对比湖北宜昌典型小煤矿与山西沁水盆地大型煤层气田，其煤层气主要为热成因气，但煤层中存在生物成因气的产气潜能。湖北宜昌小型煤矿生物成因气产生途径为乙酸发酵型，而山西沁水盆地为二氧化碳还原型。这些研究成果可为采用微生物技术提高煤层气的采收率，延长煤层气的开采年限，实现煤层气的可持续开采提供理论依据。