鄂尔多斯盆地东缘是我国较早进行煤层气开发的地区,勘探开发有20余年历史。吴堡矿区在区域构造位置上隶属鄂尔多斯盆地晋西挠褶带构造的组成部分,整体地层走向近南北,倾向西,主体成单斜构造形态。煤层发育在石炭系上统本溪组、二叠系下统太原组和山西组。石炭系-二叠系煤系地层广泛发育、煤系地层的物质组成及层序结构特点,决定了吴堡矿区具备形成大中型煤层气田的基本地质条件。借鉴邻区勘探经验,采用资料调研-野外勘探-实验测试-数值模拟-工程剖析等综合方法进行研究。对煤层气成藏地质条件进行分析,以煤层气甜点区预测研究为关键科学问题开展系统研究。本论文通过以区域地质的构造背景、断裂系统为基础,对基础地质情况进行了研究,理清了吴堡矿区上古生界层序格架及晚古生代煤系地层的组成,对含煤层段的沉积演化特征着重分析,搞清了煤系源岩的基础资源条件。在地质背景和煤系源岩成藏基础地质条件控制下,分析煤层气成藏地质条件,通过五大控制因素完成了煤层气富集成藏地质条件研究,划分了富集成藏组合特征,在此基础上完成煤层气甜点区的预测,并结合创新的井下激光拉曼测试方法完成煤层气甜点区评价。论文主要取得以下成果和结论:(1)以晋西挠褶带和吴堡-府谷断裂带为代表的区域构造奠定了煤层气后期构造控气基础,区域沉降-隆升特征奠定了大规模成煤并形成煤层气藏的基础条件。(2)理清吴堡矿区晚古生代上石炭统本溪组、下二叠统太原组、下二叠统山西组地层层序及组成,并对基本的层序地层单元进行划分,识别出区域不整合面及风化壳、构造体制转换面、沉积相突变面、河道下切面及区域分布的冲刷面、凝缩层及最大海泛面等标志层。(3)总结了吴堡及邻区上古生界主要发育沉积微相的沉积特征,对煤层及其上覆下伏的沉积层位进行了详细讨论。其中中二叠石盒子组和上二叠石千峰组主要为湖泊相、河流相;下二叠山西组和下石盒子组为三角洲相;上石炭本溪组和下二叠太原组为滨岸相、泻湖相和浅海相。(4)吴堡矿区煤系烃源岩的形成和分布受控于沉积,表现为煤层广泛全区分布,沉积相在纵向和横向上的有序组合结构控藏,即沉积相及其空间组合直接控制着煤层气藏的形成和分布,优势组合沉积相是控制气藏形成的必要条件。(5)煤层气成藏受资源条件、含气性、可采性、储集性构造、水文地质五大条件控制,将多因素控制的煤层气藏分为源内式和近源式两种成藏组合。这两种成藏模式均表现为立体成藏特征,源内式煤层气藏中煤层气呈层内和层间吸附态与游离态动态转化;近源式煤层气藏中赋存的游离气与吸附气会通过疏导通道连接上覆砂岩进行逸散运移,与相邻砂岩气属于同源共生气,他们之间始终处于动态转化、运聚动态平衡状态。(6)综合评价了吴堡矿区上古生界煤系烃源岩的资源条件,认为吴堡矿区具备形成大中型煤层气田的基本地质条件,煤层气预测资源量167.33×10~8m~3,储量丰度1.80×10~8m~3/km~2。(7)利用数学方法建立了煤层气甜点区预测模型,在本溪组T1煤层、山西组S1煤层圈定了三个煤层气甜点区。并通过引进最新的井下激光拉曼测试方法完成煤层气含量验证,结合预测及验证测试结果对甜点区形成条件分析,使煤层气成藏地质条件研究为甜点区预测服务,利用甜点区评价及甜点区形成原因分析溯源成藏地质条件,完成闭环研究。