煤储层中裂隙系统发育特征是控制煤储层原始渗透性高低的关键因素,对煤层气钻井、压裂、排采有重要影响。煤储层裂隙系统的半定量-定量研究一直是煤层气领域的热点与难点问题,但目前煤层气勘探开发中较少考虑裂隙系统发育特征,主要有三个方面原因：其一,研究程度低。现有的研究成果主要集中在：裂隙成因、分类、矿物充填、裂隙描述、发育程度、对渗透性、含气量或产能的影响方面,较少研究煤储层中裂隙的非均质性发育特征、力学成因机制、分布规律与工程应用的关系。其二,研究难度大。煤储层一般赋存在地下一定的深度,无法直接观测,获取裂隙系统的数据较难。其三,研究方法有限。现有裂隙系统的研究方法主要是采集样品或取芯,进行孔-裂隙的实验和观测；或利用物探方法、数值模拟方法、分形几何学方法等研究裂隙,但由于煤储层高度的非均质性,少量的几个样品观测结果和物探数据无法代表整个开发区块煤储层裂隙系统发育特征。本研究选择同一构造层相同构造应力作用下,不同岩性、不同层厚岩层中产生的裂隙系统具有相似性为研究目标,选定了围岩和煤储层出露完整的新疆库拜煤田煤层气开发区块作为研究对象,采用高精度野外构造裂隙填图与井下煤储层精细对比解剖相结合的技术手段,揭示了同一构造层条件下围岩与煤储层裂隙发育的内在规律,建立了两者之间的对应量化关系,分析了其地质主控因素,阐明了地质力学成因机制,进而评价和预测煤层气开发区块中裂隙系统的分布规律、煤体结构和渗透性,并利用钻井、压裂、排采等方面的工程数据加以验证和应用。新疆库拜煤田在区域构造格架上属于库车坳陷的北部单斜带。库拜煤田的含煤地层为侏罗系下统,受到了5期的古构造应力作用,分别为燕山早期、晚期和喜山早期、中期、晚期。除燕山早期最大主应力为NW向外,其他期次的最大主应力都为近NS向。在多个期次的构造应力作用下,围岩和煤储层中产生了大量的、相似的、具有密切关系的裂隙；围岩和煤储层近直立出露地表并保存完好,为解析两者之间的对应关系提供了绝佳的地质条件。通过研究区地表高精度构造裂隙填图工作,详细的研究了围岩节理裂隙的宏观几何形态,包括：①倾角；②方位：③切割关系；④组合型式；⑤规模；⑥充填程度。围岩节理裂隙的微观形态包括：①岩石颗粒；②脆性变形；③微裂隙方位。经过综合分析,认为围岩节理裂隙发育密度受到岩性、岩层厚度、构造部位的控制。在地表和井下对煤储层进行精细对比解剖、采样测试,研究了与煤储层裂隙关系密切的3个物性特征：①空间展布特征；②煤体结构特征；③岩石物理特征。重点研究了煤储层裂隙的宏观特征和微观特征,其发育程度受到煤级、煤岩成分、流体充填、构造作用的控制。对比研究围岩和煤储层中的裂隙系统,发现2者之间节理裂隙的优势方向相似而密度不同,验证了同一构造层中煤层和围岩受到相同的构造应力,产生相似节理裂隙的理论。煤岩是一种大分子有机聚合物形成的软弱岩层,其裂隙力学成因机制表现出多样性和复杂性。通过观测解剖发现煤岩裂隙力学成因机制表现出3种形式：①镜下观测到从低煤阶到高煤阶煤岩的微裂隙发育都不规则,裂隙面不平整,通常为网格状和树枝状,表现出张裂隙特征,其破裂过程适用于Griffith准则；②煤岩中外生裂隙的定向性好,可切穿整个煤层,主要发育为剪切裂隙,其破裂条件符合Coulomb准则。③煤岩与顶底板和夹矸的接触面为力学软弱面,其附近常发育异常破碎带,其力学成因符合软弱面摩擦滑移准则。通过实例验证了煤岩破裂和裂隙扩展过程,阐明了煤储层中破碎带的形成模式和分布规律,并从微观尺度、井下解剖点尺度、井下回采工作面尺度和煤层气开发区块尺度把煤岩裂隙的研究从微观到宏观作为一个整体联系起来。在研究区采用地表高精度构造裂隙填图和井下煤储层精细对比解剖相结合的新方法,获得地表和井下围岩与煤储层中裂隙系统发育特征、优势方向、裂隙密度等参数。经过综合研究分析,建立了地表不同岩性围岩和地下煤储层裂隙之间的对应量化关系,建立了7个数学公式量化预测地下煤储层裂隙发育程度。通过地表的煤储层露头和井下煤储层精细观测,直观确定裂隙发育带裂隙密度的数值范围,划分开发区块内煤储层裂隙密集带、发育带和欠发育带。利用在新疆库拜煤田、阜康白杨河矿区、内蒙包头石拐矿区等多个矿区的实测数据,建立了近直立煤储层、急倾斜煤储层、倾斜煤储层和近水平煤储层裂隙系统的数据关系模型和空间关系模型。煤储层裂隙系统的研究和预测具有工程应用价值。裂隙系统发育程度与钻井的井眼稳定性、钻井液的污染、井壁垮塌、扩径等有较大的相关性；对压裂液在煤层中的运动状态,压裂曲线,压裂液滤失等有重要影响；对煤层气井的产能高低有决定性作用。通过实例验证了地表构造裂隙填图和煤储层观察解剖相结合的方法对预测煤储层裂隙发育特征的有效性和可行性,为煤层气勘探开发寻找高渗富集带提供了一种新方法。