混合成因煤层气（热成因与生物成因气）在世界各含煤盆地广泛地被发现和报道，定量查明煤层气内生物成因气的相对含量及其成藏演化过程是一个重要的问题。为此，本文以柳林地区和芦岭地区为对象，采用物理实验与数值模拟方法，重点探讨生物成因煤层气定量研究方法及其成藏演化特征，取得如下主要成果。首先，基于高压釜封闭体系生烃热模拟实验，提出热成因气成熟演化阶段判识模型，揭示气体碳氢同位素组成与样品演化阶段对应关系及演化特征。认为随有机质演化程度升高，甲烷、乙烷和丙烷碳同位素组成具有先变轻后变重，而甲烷氢同位素组成及二氧化碳碳同位素组成具有逐渐变重的特征。其次，采用数理统计方法，系统分析不同成因类型煤型气分布特征，提出多个判识煤型气成因类型图版。认为生物成因气δ¹³C₁<-60‰，热成因气δ¹³C₁>-30‰，混合成因气介于二者之间。随有机质演化程度增强，从生物成因气至热成因气，δ¹³C₁、δ¹³C_CO2-CH₄、δ¹³C_2-1及CH₄/（C₂H₆+C₃H₈）具有变重趋势且相关性明显， δ¹³C₁与δ¹³C_CO2-CH₄、δ¹³C₁与δ¹³C_2-1及δ¹³C₁与CH₄/（C₂H₆+C₃H₈）是划分煤型气成因类型的图版。再次，基于次生生物成因气模拟产出实验，结合生物成因气甲烷累积产率分析，完善生物成因气生烃地质模型与数学模型。运用红外光谱分析，从分子学角度分析热解和微生物降解前后样品分子结构变化特征。认为样品经微生物降解后分子间作用力变弱，含硫化合物对微生物降解具抑制作用。借助甲烷碳同位素组成地化测试手段，提出一个定量计算生物成因气相对含量新方法，定量考察同位素分馏作用对甲烷碳同位素组成的影响，二者结果偏差较小。最后，运用数值模拟方法，探讨生物成因煤层气成藏演化特征及其与热成因气成藏效应，定量查明生物成因气对现今煤层含气量贡献。认为生物成因气对煤层累积生气量和含气量贡献显著，其演化过程具明显的阶段性，在不同地质演化阶段，生物成因煤层气发生运移的方式不同，主要以扩散、渗流和盖层突破为主。原生生物成因气对现今煤层含气量贡献较小，次生生物成因气贡献相对较大。