为了探索生物成因煤层气机理，本文选取低阶煤作为煤制生物气的母质，采用携带产甲烷菌的煤层矿井水为菌源，在高纯氮气环境中向 500 mL 产气瓶（反应瓶）中加入 40g 煤样、 20mL 富集后的菌种液、380mL 培养基完成接种，之后将产气瓶置于 37℃下的振动培养箱中开 展为期 90 天的厌氧产气模拟实验。研究结果显示，在厌氧封闭条件下，气体产出方式以乙酸发酵为主，产气效率较慢，产气过程受环境 pH 值的影响较大，进入产气稳定期后（＞30d）， pH 值与校正后的产气量随产气时间延续总体呈现同步变化规律，产酸菌与产甲烷菌的数量、 丰度和活性直接影响了产气环境的 pH 值和产气量。产出气组分以 CH4 和 CO2 为主，存在极少量的氢气，气体组成偏干，CH4 和 CO2 含量随稳定产气时间的延长呈现明显的同步变化规律。 90 天的产气过程中， δ13C1 值均小于-55‰； δ13CCO2 值介于-20.8‰~-10.7‰之间，平均为-16.38‰； δD1 值介于-361‰~-332‰之间，平均为-348‰，可以判定产出气中 CH4 和 CO2 均为有机生物成因气；煤制生物气中 CH4 和 CO2 碳同位素组成变化的主要原因是两次重要的继承性同位素分馏效应造成的，第一次分馏作用发生在生成乙酸过程中，由于有机母质本身脂族甲基碳同位素组成偏轻，而羧基碳同位素组成偏重，这种碳同位素组成特点在生成乙酸过程中得以继承；第二次分馏作用发生在乙酸发酵生成 CH4 和 CO2 过程中，乙酸中的甲基通过加氢形成 CH4，而羧基通过去氢形成 CO2，造成甲基本身的轻碳同位素被分馏到 CH4 中，而羧基的重碳同位素被分馏到 CO2 中。因此总体表现出产出生物气的轻碳同位素被分馏到 CH4 中，而重碳同位素被分馏到 CO2 中，δ13C1 越轻，δ13CCO2 越重，两者呈现负相关关系；90 天的产气时间里，微生物作用时间越长，甲烷碳同位素组成越轻，具有明显的富集轻碳同位素的趋势。