煤田地质与勘探

作者：王高皓, 段生杰, 王贝, 牛国斌, 梁永平, 余飞龙, 马凯, 赵伟仲,

关键词：煤层水, 微生物群落, 水化学特征, 细胞代谢, 产甲烷菌, 煤层气生物工程,

背景煤层气生物工程的核心在于向煤储层注入富含高效产甲烷菌群的生物压裂液，以促进煤向甲烷的转化。然而，现阶段对煤层水的化学特征、微生物群落结构及其代谢功能之间的关系尚不明确。方法以宁夏12个典型矿区的煤层水为研究对象，基于微生物分类测序和统计学分析的方法探讨煤层水中的pH、阴离子、阳离子、化学需氧量(COD)与微生物群落结构及代谢功能之间的关联。结果和结论(1)细菌群落主要由水解菌和产酸发酵菌组成，优势属为Proteiniborus、Clostridium_sensu_stricto_1和Thauera；产甲烷古菌主要通过混合营养型代谢，优势属为Methanosarcina。(2)煤层水的pH为7.4~8.5，随着pH降低，细菌群落的多样性增加，而pH值对古菌群落的影响较小，对微生物代谢功能无显著影响。(3)当Cl−质量浓度低于905 mg/L、\mathrmSO_4^2- 质量浓度低于1 974 mg/L时，细菌群落的多样性和丰度与这些阴离子浓度呈正相关；而当Ca2+质量浓度在5.6~411.0 mg/L、Mg2+浓度在30.3~697.0 mg/L时，这些阳离子浓度与微生物的细胞运动、细胞内运输、分泌与囊泡运输以及无机离子代谢表现出显著负相关性。(4)此外，煤层水中的COD与微生物群落参与的能量生成、转化及碳循环呈显著正相关关系，COD越高，水中的有机质越丰富，进而增强微生物群落对碳循环的参与。研究成果不仅揭示了煤层水化学特征对微生物群落的影响机制，还为煤层气生物工程中生物压裂液配方的优化提供了科学依据，帮助理解煤层气开发过程中环境变化对地下微生物群落的潜在影响。

来源：2025年第5期

《煤田地质与勘探》期刊编辑部

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