瓦斯是地质作用的产物，瓦斯的形成和保存、运移与富集同地质条件有密切关系，瓦斯的赋存和分布受地质条件的影响和制约。影响瓦斯赋存的主要地质因素为煤的变质程度、围岩条件、地质构造、煤层的埋藏深度、煤田的暴露程度、地下水活动和岩浆活动。
5.6.1 煤的变质程度
在煤化作用过程中不断地产生瓦斯，煤化程度越高，生成的瓦斯量越多。因此，在其他因素相同的条件下，煤的变质程度越高，煤层瓦斯含量越大。
煤的变质程度不仅影响瓦斯的生成量，还在很大程度上决定着煤对瓦斯的吸附能力。在成煤初期，褐煤的结构疏松，孔隙率大，瓦斯分子能渗入煤体内部，因此褐煤具有很大的吸附能力。但该阶段瓦斯生成量较少，且不易保存，煤中实际所含的瓦斯量是很小的。在煤的变质过程中，由于地压的作用，煤的孔隙率减小，煤质渐趋致密。长焰煤的孔隙和内表面积都比较少，所以吸附瓦斯的能力大大降低，最大吸附瓦斯量在20～30 m3/t之间。随着煤的进一步变质，在高温、高压作用下，煤体内部因干馏作用而生成许多微孔隙，使内表面积在无烟煤时达到最大。据实验室测定，1g无烟煤的微孔表面积可达200 m2之多。因此，无烟煤吸附瓦斯的能力最强，可达50～60 m3/t。但是当由无烟煤向超无烟煤过渡时，微孔又收缩、减少，煤的吸附瓦斯能力急剧减小，到石墨时吸附瓦斯能力消失。
研究表明，不同变质程度的煤在区域分布上常呈带状分布，形成不同的变质带。这种变质分带在一定程度上控制着瓦斯的赋存和区域性分布。
在华北石炭-二叠纪聚煤区所划分的3个高变质带中，以高瓦斯矿井居多。特别是太行山东南麓的安阳、鹤壁、焦作一带，煤种以无烟煤为主，现已开发的生产矿井绝大多数为高瓦斯矿井和突出矿井。湖南省涟邵煤田南段，龙潭煤系的可采煤层具有明显的变质分带，自东向西变质程度逐渐升高；牛马司矿区为肥煤-焦煤，短陂桥矿区为瘦煤，枫江溪矿区为贫煤，箍脚底和三比田矿区为无烟煤。受变质分带影响，该地区自东向西矿井瓦斯等级增高，突出危险程度增大。
5.6.2 围岩条件
煤层围岩是指煤层直接顶、老顶和直接底板等在内一定厚度范围的层段。煤层围岩对瓦斯赋存的影响，决定于它的隔气、透气性能。
一般来说，当煤层顶板岩性为致密完整的岩石，如页岩、油页岩时，煤层中的瓦斯容易被保存下来；顶板为多孔隙或脆性裂隙发育的岩石，如砾岩、砂岩时，瓦斯容易逸散。北京京西煤矿无论是下侏罗统还是石炭-二叠系的煤层，尽管煤的牌号为无烟煤，但由于煤层顶板为12～16 m的厚层中粒砂岩，透气性好；同时，由于煤系遭受剥蚀，仅存于向斜核部，在长期的剥蚀作用期间，向斜内部瓦斯沿煤层和砂岩顶板逸散，因此煤层瓦斯含量小，矿井瓦斯涌出量低。
与围岩的隔气、透气性能有关的指标是孔隙性、渗透性和孔隙结构。泥质岩石有利于瓦斯的保存，若含砂质、粉砂质等杂质时，会大大降低其遮挡能力。粉砂杂质含量不同，影响到泥质岩中优势孔隙的大小。例如，泥岩中粉砂组分含量为20%时，占优势的是0.025～0.05 μm的孔隙；粉砂组分含量为50%时，优势孔隙则为0.08～0.16 μm。孔隙直径的这种变化，也在岩石的遮挡性质上反映出来。随着孔隙直径的增大，渗透性将增高，岩石遮挡能力则显著减弱。砂岩一般有利于瓦斯逸散，但有些地区砂岩的孔隙度和渗透率均低时，也是很好的遮挡面。
煤层围岩的透气性不仅与岩性特征有关，还与一定范围内的岩性组合及变形特点有关。按岩石的力学性质，可将围岩分为强岩层（砂岩、石灰岩等）和弱岩层（细碎屑岩和煤等）两类。强岩层不易塑性变形，但易于破裂；弱岩层则常呈塑性变形。
不同力学性质的岩层具有不同的构造表象。图5.12是煤层顶板的几种变形类型。图中（a）是一种断层裂隙型围岩顶板，主要由砂岩组成；（b）是一种紧密褶皱型围岩顶板，由粉砂岩、泥岩和细砂岩3层组成；（c）是另一种类型，反映的是一种透镜化现象。
图5.12 几种不同的煤层顶板形变
（据焦作矿业学院瓦斯地质研究室，1990）
图5.13 不同岩性的岩层中裂隙的特点
（据焦作矿业学院瓦斯地质研究室，1990）
1—石英砂岩；2—泥岩；3—煤；4—细粒砂岩
在不同类型的岩层中，裂隙发育情况也有差异。强岩层产生大致垂直于层面的破劈理；弱岩层则产生密集的、与层面斜交或大致平行的流劈理；在相邻的强、弱岩层中裂隙出现折射现象（图5.13）。
为反映同煤田不同井田或同井田不同块段岩性组合的差异，可以对研究范围内各钻孔、石门资料进行统计分析。选择煤层顶（底）板一定厚度范围的层段，统计每个钻孔及石门中该层段内各分层的岩性和厚度，计算砂岩与泥岩的比值或砂岩比（统计层段内砂岩厚度与统计总厚度的比值）。根据统计资料，绘制相应的等值线或圈定不同瓦斯保存条件的块段。
5.6.3 地质构造
地质构造对瓦斯赋存的影响，一方面造成了瓦斯分布的不均衡，另一方面形成了有利于瓦斯赋存或有利于瓦斯排放的条件。不同类型的构造形迹，地质构造的不同部位、不同的力学性质和封闭情况，形成了不同的瓦斯赋存条件。
5.6.3.1 褶皱构造
褶皱的类型、封闭情况和复杂程度对瓦斯赋存均有影响。
当煤层顶板岩石透气性差，且未遭构造破坏时，背斜有利于瓦斯的储存，是良好的储气构造，背斜轴部的瓦斯会相对聚集，瓦斯含量增大。在向斜盆地构造的矿区，顶板封闭条件良好时，瓦斯沿垂直地层方向运移比较困难，大部分瓦斯仅能沿两翼流向地表，但在盆地的边缘部分，若含煤地层暴露面积大，则便于瓦斯排放。紧密褶皱地区往往瓦斯含量较高，因为这些地区受强烈构造作用，应力集中；同时，发生褶皱的岩层往往塑性较强，易褶不易断，封闭性较好，因而有利于瓦斯的聚集和保存。
据山西省资料，山西省内高沼矿区基本上分布在背斜轴部、鼻状构造的倾伏端及“S”型背斜的转折端等构造应力集中部位。如大同煤田聂家庄背斜，区内断裂稀少，煤层连续性未遭破坏，既能储存瓦斯又能阻止瓦斯运移，有4个钻孔发生过瓦斯喷出。晋华宫矿、忻州窑矿正位于该背斜的转折端，煤层瓦斯含量明显高于两翼。
5.6.3.2 断裂构造
断裂构造破坏了煤层的连续完整性，使煤层瓦斯运移条件发生变化。有的断层有利于瓦斯排放，也有的断层对瓦斯排放起阻挡作用，成为逸散的屏障。前者称开放型断层，后者称封闭型断层。断层的开放与封闭性决定于下列条件：①断层的性质和力学性质、一般张性正断层属开放型，而压性或压扭性逆断层通常具有封闭性；②断层与地表或与冲积层的连通情况，规模大且与地表相通或与冲积层相连的断层一般为开放型；③断层将煤层断开后，煤层与断层另一盘接触的岩层性质，若透气性好则利于瓦斯排放；④断层带的特征，断层带的充填情况、紧闭程度、裂隙发育情况等都会影响到断层的开放或封闭性。
此外，断层的空间方位对瓦斯的保存或逸散也有影响。一般走向断层阻隔了瓦斯沿煤层倾斜方向的逸散，而倾向和斜交断层则把煤层切割成互不联系的块体。
不同类型的断层，形成了不同的构造边界条件，对瓦斯赋存产生不同的影响。焦作矿区东西向的主体构造凤凰岭断层和朱村断层，落差均在百米以上，使煤层与裂隙溶洞发育的奥陶系灰岩接触，属开放型断层，因而断裂带附近瓦斯含量很小。而矿区内的一些中型断层，与煤层接触的断层另一盘岩性多为粉砂岩或泥质岩，属封闭型断层，它们是瓦斯分带的构造边界。
5.6.3.3 构造组合
控制瓦斯分布的构造形迹的组合型式，可大致归纳为以下3种类型：
1）逆断层边界封闭型：这一类型中，压性、压扭性逆断层常为矿井或区域的两翼边界，断层面一般相背倾斜，使整个区段处于封闭的条件之下。如内蒙古大青山煤田，南北两侧边界均为逆断层，断层面倾向相背，煤田位于逆断层的下盘，在构造组合上形成较好的封闭条件。该煤田各矿井煤层的瓦斯含量普遍高于开采同时代含煤岩系的乌海煤田和桌子山煤田。
2）构造盖层封闭型：盖层条件原指沉积盖层而言，从构造角度，也可指构造成因的盖层。如某一较大的逆掩断层，将大面积透气性差的岩层推覆到煤层或煤层附近之上，改变了原来的盖层条件，同样对瓦斯起到了封闭作用。吉林通化矿区铁厂二井，北东东向的张性断层虽然有利于瓦斯排放，但煤层上覆地层被逆断层的上盘所覆盖，由于断层面及上盘地层的封闭作用，使得下盘煤层瓦斯大量聚集，瓦斯含量显著增高。
3）断层块段封闭型：该类型由两组不同方向的压扭性断层在平面上组成三角形或多边形块体，块段边界为封闭型断层所圈闭。如河北峰峰煤田，含煤岩系被晚期构造运动所产生的一系列高角度正断层切割，形成若干小型地堑或地垒构造（图5.14），构成一些有利于瓦斯储存的封闭区。当这些封闭区远离煤层露头时（如羊渠河矿、大椒树矿等），即使含煤地层被抬升、埋深较浅，矿井瓦斯涌出量仍然很大。
图5.14 峰峰煤田地质剖面略图
（据焦作矿业学院瓦斯地质研究室，1990）
1—瓦斯风化带；2—甲烷带
5.6.4 煤层的埋藏深度
在瓦斯风化带以下，煤层瓦斯含量、瓦斯压力和瓦斯涌出量都与深度的增加有一定的关系。
一般情况下，煤层中的瓦斯压力随着埋藏深度的增加而增大。随着瓦斯压力的增加，煤与岩石中游离瓦斯量所占的比例增大，同时煤中的吸附瓦斯逐渐趋于饱和。因此从理论上分析，在一定深度范围内，煤层瓦斯含量亦随埋藏深度的增大而增加。但是如果埋藏深度继续增大，瓦斯含量增加的速度将要减慢。表5.16是一个计算实例，从表中可以看出煤层中甲烷含量随深度增大而增加的情况，以及随深度增大游离瓦斯量所占比例的变化。
表5.16 煤层甲烷含量与深度的关系
（据黎金，1962）
个别矿井的煤层，随着埋藏深度的增大，瓦斯涌出量反而相对减小。例如，徐州矿务局大黄山矿属于低瓦斯矿井，位处较浅的有限煤盆地，煤层倾角大，在新、老不整合面上有厚层低透气性盖层，瓦斯主要沿煤层向地表运移。由于煤盆地范围小，深部缺乏足够的瓦斯补给，因而当从盆地四周由浅部向深部开采时，瓦斯涌出量随着开采深度增加而减小。
5.6.5 煤田的暴露程度
暴露式煤田煤系地层出露于地表，煤层瓦斯易于沿煤层露头排放。而隐伏式煤田如果盖层厚度较大，透气性又差，则煤层瓦斯常积聚储存；反之，若覆盖层透气性好，容易使煤层中的瓦斯缓慢逸散，煤层瓦斯含量一般不大。
在评价一个煤田的暴露情况时，不仅要注意煤田当前的暴露程度，还要考虑到成煤后整个地质时期内煤系地层的暴露情况及瓦斯风化过程的延续时间。红阳煤田三井开采石炭-二叠系煤层，煤层露头上部有巨厚的侏罗系及第三系和第四系沉积地层覆盖，13号煤层露头的埋藏深度达700～1100 m。尽管埋藏深度如此之大，接近露头部分的煤层瓦斯含量仍很小。造成这种情况的原因是，在晚侏罗世地层覆盖之前，从晚古生代到晚侏罗世之间的漫长地质时期内，区内地壳上升，含煤地层出露地表，遭受强烈的瓦斯风化作用。晚期地层的覆盖，只是保存了早期存在的瓦斯分布状态（图5.15）。
图5.15 红阳三井地质剖面图
（据焦作矿业学院瓦斯地质研究室，1990）
湖南许多矿区存在白垩纪至第三纪沉积的红色岩系——红层。这套以河流相为主的冲积沉积相使含煤地层遭到冲蚀破坏，有些矿区红层与煤层间距很小，有的成为主采煤层的直接顶板。冲蚀的范围各处不尽一致，有的是井田的一部分受到冲蚀，有些是一个或数个井田被红层切穿。据调查，凡有红层冲蚀的区域，由于冲蚀形成的长期排放条件，瓦斯都不大，多为低瓦斯区。如白砂矿区红卫煤矿的龙家山井、牛马司矿区的铁箕山井等，均属这种情况。
5.6.6 地下水活动
地下水与瓦斯共存于煤层及围岩之中，其共性是均为流体，运移和赋存都与煤、岩层的孔隙及裂隙通道有关。地下水的运移，一方面驱动着裂隙和孔隙中瓦斯的运移，另一方面又带动溶解于水中的瓦斯一起流动。尽管瓦斯在水中的溶解度仅为1%～4%，但在地下水交换活跃的地区，水能从煤层中带走大量的瓦斯，使煤层瓦斯含量明显减少。同时，水吸附在裂隙和孔隙的表面，还减弱了煤对瓦斯的吸附能力。因此，地下水的活动有利于瓦斯的逸散。地下水和瓦斯占有的空间是互补的，这种相逆的关系，常表现为水量大地带瓦斯量小，反之亦然。
河北峰峰煤田是华北大水矿区之一。该矿区鼓山西侧，若干条较大的断层切割含煤岩系，使主要可采煤层与断层另一盘的奥陶系灰岩相接触，处于地下水强径流带范围。鼓山以西的矿井全部为低瓦斯矿井，煤层瓦斯含量很小。
遍布湘中及湘东南地区的龙潭煤系，由于在形成过程中沉积环境的差异，明显地分为“南型”和“北型”，其分界线在北纬27°40′附近。龙潭煤系的南北分异在水文地质条件上也表现出明显的差异。煤系下伏地层为茅口灰岩，属岩溶裂隙发育的强含水层。当煤层与茅口灰岩之间的隔气层较薄或缺失时，矿井涌水量大，造成易于瓦斯排放的条件。“北型”的茅口灰岩与上部煤层间相距0～10m，形成一些水大瓦斯小的矿井，如恩口、煤炭坝等矿均为低瓦斯矿井，矿井涌水大于1000 m3/h；“南型”的茅口灰岩与煤层的间距增大，为300～400m，属于“南型”的斗笠山矿区观山井、洪山殿矿区各生产矿井均为高瓦斯和突出矿井，水文地质条件简单，矿井涌水量小于100 m3/h。
5.6.7 岩浆活动
岩浆活动对瓦斯赋存的影响比较复杂。岩浆侵入含煤岩系或煤层，在岩浆热变质和接触变质的影响下，煤的变质程度升高，增大了瓦斯的生成量和对瓦斯的吸附能力。在没有隔气盖层或封闭条件不好的情况下，岩浆的高温作用可以强化煤层瓦斯排放，使煤层瓦斯含量减小。岩浆岩体有时使煤层局部被覆盖或封闭，成为隔气盖层。但在有些情况下，由于岩脉蚀变带裂隙增加，造成风化作用加强，可逐渐形成裂隙通道，而有利于瓦斯的排放。所以说，岩浆活动对瓦斯赋存既有生成和保存的作用，在某些条件下又有使瓦斯逸散的可能性。因此，在研究岩浆活动对煤层瓦斯的影响时，要结合地质背景作具体分析。
总的来看，岩浆侵入煤层有利于瓦斯生成和保存的现象比较普遍。如辽宁北票煤田的东西两翼有强烈的岩浆活动，位于煤田东翼的三宝矿一井和西翼的台吉四井，岩浆侵入体呈岩墙、岩床、岩脉和岩株等产状侵入煤系地层。其中沿煤层呈岩床侵入形成的侵入体对瓦斯赋存和煤与瓦斯突出影响显著，一是使煤层产生接触变质，进一步生成瓦斯；二是岩床位于煤层顶板部位，对瓦斯排放起封闭作用；三是使煤层受力，揉搓粉碎，造成煤结构的破坏。三宝矿一井西一采区的九号煤层，岩床状侵入体位于煤层顶板，覆盖面积19.4×104m2，该区域不仅瓦斯量大，突出也很严重，曾发生过两次特大型突出。台吉四井的四号煤层，已发生的19次突出都分布在岩床覆盖区域的井田东翼，其他可采煤层在岩浆侵入区也有类似情况。
在某些矿区和矿井，由于岩浆侵入煤层，亦有造成瓦斯逸散与瓦斯含量降低的情形。如福建永安矿区属暴露式煤田，岩浆岩呈岩墙、岩脉侵入煤层，对煤层有烘烤和蚀变现象。岩脉直通地表，巷道揭露时有淋水现象，说明裂隙道通良好，有利于瓦斯逸散。该矿区煤层瓦斯含量普遍很小，均属低瓦斯矿井。
在研究岩浆活动对瓦斯赋存的影响时，还应注意火山作用所产生的二氧化碳。个别矿区的煤和围岩中含有大量的二氧化碳气，可能与火山喷发或岩浆侵入活动有关。如吉林营城五井的岩石与二氧化碳突出，研究表明，二氧化碳的气源来自煤系沉积后的火山喷发，喷发气体中的大量二氧化碳沿断裂带灌入煤系的冲积相砂岩中，或被高岭石化的流纹岩和煤层所吸附。
建议进一步阅读
1.焦作矿业学院瓦斯地质研究室.1990.瓦斯地质概论.北京：煤炭工业出版社，21～32
2.王大曾.1992.瓦斯地质.北京：煤炭工业出版社，4～14、28～37
3.张子敏.2005.瓦斯地质规律与瓦斯预测.北京：煤炭工业出版社，4～54