准噶尔盆地南缘部分地区低阶煤储层中CO2的富集，不仅反映了煤层气系统形成和改造过程受多元干预作用，也影响到煤层气资源的品质。为查明该区煤层中富CO2低阶煤层气藏形成机制，基于煤层气排采井气样，开展了煤层气地球化学研究。结果显示：准南地区煤层甲烷碳、氢同位素整体上偏轻，δ13C CH4为-6.82%～-4.38%，δ13D CH4为-29.00%～-30.41%；米泉地区煤层气以生物成因气为主，四工河及玛纳斯地区深部煤层主要发育热成因气，白杨河地区则以混合成因气为主；准南地区煤层气中CO2浓度差异大，多元地质因素干预明显，二氧化碳碳同位素偏重，δ13C CO2为-1.54%～2.51%，CO2来源主要为煤化作用初期热解和微生物成烃伴生。地下水动力条件是决定CO2富集的关键因素，煤化作用初期生烃阶段产生的CO2在滞流条件下聚集，微生物作用伴生CO2在弱径流条件下混入保存；煤层自燃致使烧变岩系发育，进而地表水下渗作用增强所引起的非烃类气体参与煤层气成藏，则符合真正意义上煤层气风氧化作用机制。综合研究认为，差异性地层水溶解消耗作用以及生物成烃改造作用主要影响煤层CO2的分布特征，煤层气成藏过程。