鄂尔多斯盆地东南部延川南煤层气田经过多年的勘探开发实践发现,该区煤层气开发的主要目的层2号煤层含气饱和度在横向和纵向上均显示出明显的差异性,含气饱和度的不均一性造成了该煤层气区块同一井组不同井之间产气量出现明显差异。论文鉴于此科学问题,以鄂尔多斯盆地东南部延川南煤层气田2号煤层为研究对象,在充分调研研究区地质背景和前人研究成果的基础上,应用生产井排采数据计算原始储层压力,结合实验室等温吸附实验结果,计算理论吸附气含量,通过校正获取实测含气量数据,根据含气饱和度定义,计算含气饱和度并重点分析其平面展布特征,特别是利用排采数据,探索含气饱和度计算新方法;以勘探参数井实测煤层性质数据为基础,综合应用煤岩学、煤层气地质学等基础地质理论,分析煤质、煤岩、煤显微组分对含气饱和度的影响;以勘探参数井录井资料为基础,分析埋深、围岩性质对含气饱和度的影响;结合构造背景资料,分析研究区褶皱形态和断层性质对含气饱和度的影响;利用收集的煤层气排采井目标煤层地下水水质分析资料,分析水流方向和水动力特征对含气饱和度的影响;运用解吸气甲烷和二氧化碳C、H同位素实验结果分析次生生物气对含气饱和度的影响;最后深入探讨其地质控制机制,总结含气饱和度平面变化地质模式。论文获得了如下结论:(1)研究区2号煤层含气饱和度变化范围为32.29%-89.69%,横向变化特征明显,显示了较高的平面差异性;(2)构造特征和水文地质条件对全区含气饱和度变化起控制作用,而次生生物成因气、围岩性质差异、煤储层条件变化和煤岩性质变化(包括煤质、煤岩显微组分和煤阶)仅对部分井区的含气饱和度异常有一定的作用。(3)通过分析研究区水文地质特征参数,发现F1和F2逆断层可有效阻碍研究区水平水力联系,将研究区明显分割为相对滞留区和补给区。滞留区含气饱和度普遍高于补给区。除了受次生生物成因气影响的局部区域,补给区含气饱和度沿地下水径流方向逐渐升高。(4)研究区地下水水流方向从东北流向西南,水动力可打破煤储层对甲烷的吸附/溶解动态平衡,溶解气随地下水运移,加速煤层甲烷的扩散,导致研究区沿地下水流动方向,含气饱和度逐渐增加。(5)研究区构造特征分析表明:在单斜构造背景下,含气饱和度由深部向浅部逐渐减少;逆断层既可以作为地下水流动的屏障,造成和含气饱和度偏高,也可以作为煤层甲烷的逸散通道,使得含气饱和度降低。(6)稳定同位素组份地球化学特征表明:在大气降水补给和CO2还原作用下,形成的晚期生物成因甲烷气对部分井区含气饱和度的增加有明显的作用。(7)晚期生物成因气的形成与大气了降水补给密切相关,因此一般出现在地层浅部,因为该处不仅能接受大气降水补给,为细菌繁殖提供有利的环境,也可作为运移介质将大量细菌带入煤层。(8)研究区地下水弱径流区、滞留区、水动力联系弱或者不透水断层区、接近大气降水的地下水补给区、煤质轻微变化区,均会使含气饱和度增加;相反,在地下水运动活跃的补给区、围岩性质变化区、作为煤层气逸散通道的断层附近、煤质轻微变化区,均会导致含气饱和度降低。(9)全区含气饱和度与煤层围岩性质变化、煤层性质的内部变化相关性不大,只在局部井区甚至单个井区,表现出明显的相关性。(10)建立研究区2号煤层含气饱和度平面变化模式本论文的研究结果为含气饱和度计算提供一种新思路;含气饱和度差异性机理,可丰富和完善煤层气储层地质学理论;所获得的结论可为预测产能分布规律、制定煤层气开发方案和井网部署、指导作业者成功选择排采制度提供理论依据。