前面对油气生成的一般原理进行了详细的论述，其中也涉及天然气的成因问题。前面已经提及，在不同类型的有机质(干酪根)中，Ⅲ型干酪根更趋向于生气;在有机质的未成熟阶段通过生物化学作用可以生成生物化学气，在有机质的成熟阶段可以生成热解气，在有机质的过成熟阶段可以生成裂解气等。然而，天然气和石油在成因上的差异远不止这些，它们在母质类型、生成机理和形成环境上都存在差异，从而造成天然气的成因类型更加多种多样。本文将在进一步介绍天然气生成特点的基础上，重点阐述不同成肉类型天然气的基本特征和鉴别标志。

天然气的生成特点

与石油相比，天然气的生成具有成气母质类型多、成气机理多、成气环境广的特点。

生气母质的多元性

生成天然气的母质具有多元性的特点。石油主要是由I 型和II1 型干酪根生成的，而生成天然气的母质在类型上要比生袖的母质更多，因此天然气在成因上是多元的。

1.无机物

根据有机生油理论，石油是有机成因的。但是除有机成因的天然气外，还有一部分天然气却是无机成因的，它们由无机物生成。例如CO2 气可以通过CaCO3 的受热分解而形成，CO2 在细菌作用下可以通过还原反应形成CH4 等。

2. 原始沉积有机质

沉积有机质在没有变成干酪根之前，通过细菌的分解作用就可以生成天然气，沼气的形成就是原始有机质生气的很好的例子。

3. 各种类型的干酪根

原始有机质通过有机质的成岩作用形成干酪根后，通过热降解作用和热裂解作用可以形成天然气。不同类型的干酪根在演化过程中的生气能力是不同的， I型和II型干酪根以生油为主，也可以生成一部分天然气;而Ⅲ型干酪根则以生气为主，生油有限。

4. 液态石油和分散可溶有机质

由干酪根生成的液态烃在高温条件下可以进一步发生裂解，长链的短类可以裂解成短链的短类以至最后裂解为甲烷，这是I 型和II 型干酪根在演化过程中生气的重要途径。液态烃在地下的赋存状态主要有两种方式：一种是呈聚集状态的石油；另一种是以分散状态存在的液态烃，也就是岩石中的分散可溶有机质。它们都是形成天然气的重要母质。

生气机理的多样性

石油主要是在有机质的成熟阶段由干酪根的热降解作用生成的，而形成天然气的机理则是多种多样的。在前面的章节中已经讲到，在生物化学生气阶段，细菌的生物化学作用可以生成天然气，干酪根和液态烃的热降解和热裂解作用也可以生成天然气。除此之外，天然气还可以通过无机化学反应生成。

1.生物化学作用

微生物的生物化学反应可以生成甲烷。国内外对于生物气的成因都有较多研究，但对微生物作用形成甲烷的机理至今还不十分清楚，不过它是一种包括各种辅助酶在内的独特的生物化学反应。在微生物的作用下，甲烷的形成主要有两种途径，一种是乙酸的发酵;另一种是二氧化碳的还原。这两种生气途径可以分别用下面的反应过程表示:

CO2+3H2—CH4+H20（辅酶M）

CH 3 COO-+H+—CH4 +CO2（产甲烷菌）

2. 热降解作用

在有机质的演化过程中，干酪根在温度的作用下发生热催化作用，连接在干酪根核上的支链和侧链断裂形成烃类，这就是热降解反应。对于I型和Ⅱ型干酪根，由于含有较多的长链，因此以生油为主，但也含有一些短链，这些短链的断裂就形成了天然气；而Ⅲ型干酪根以短链为主，在热降解过程中则以生气为主。

3. 热裂解作用

裂解作用主要是高温条件下，有机质C-C 键断裂而形成小分子结构烃类的作用。这种C-C 键断裂后必须通过加氢才能形成相对分子质量低的烃类，因此，在裂解反应中，氢的补给是一个重要的条件，热裂解作用可以使长链的烃类发生断裂形成短链的烃类，这样就形成了天然气。这种生气机理是液态石油和可溶有机质裂解成天然气的主要机理。

4. 无机化学反应

无机化学反应生成天然气最常见的实例是CaC03 在高温下分解为CO2 和CaO ，这是无机CO2 形成的重要机理。无机烃类气体的存在已经有许多地质和地球化学证据• 但其形成机制比较复杂，它们可能与地壳深部的无机化学反应有关(戴金星等， 1995) 。

生气环境的广泛性

除母质类型和生成机理外，天然气的形成环境也比石油的形成环境广泛得多。已知石油主要形成于有机质的热催化阶段，其形成的深度以1000~5000m 范围为主，地层温度在65~180℃， 而天然气几乎可以形成于各种深度和环境。在地表和近地表环境中，由于厌氧细菌对有机质的发酵作用可以生成天然气，沼气就是在地表条件下天然气生成的典型实例，在一些沼泽中，由于有机质的分解也可以形成天然气，与生油的过程相伴生，在石油生成的深度范围内，可以生成天然气；当埋藏深度过大，液态石油已经不能存在了，这时天然气还可以继续生成。研究表明，甲烷可以在高达600℃ 的温度下存在；也已经有证据证明，无机甲烷可以在地壳深处甚至在地幔中生成（戴金星等， 1995）。

综上所述，生成天然气的物质不仅可以是不同类型的沉积有机质，也可以是无机物；天然气不仅可以由干酪根热降解和热裂解作用以及液态烃的热裂解作用形成，也可由细菌的生物化学作用形成，或由无机物合成和分解作用形成；其形成的环境多样，既可以在沉积有机质埋藏极浅、温度较低的环境下由生物细菌还原作用形成，也可在埋藏中、深层条件下由干酪根和储层石油热解和裂解形成，甚至可来自高温热液或高温和成。因此，天然气有比石油更广泛的形成条件，天然气不仅能伴随石油的形成过程而生成，而且能在许多不适于生油的条件和环境中大量形成。表1 概括对比了天然气和石油生成特点的主要差异。

表1 天然气和石油生成特点比较

天然气的成因类型及基本特征

根据生成天然气的原始物质的类型和天然气的形成机理，可以对天然气的成因类型进行划分。首先根据成气物质的来源，可把天然气划分为无机成因气和有机成因气。
无机成因气泛指各种环境中由无机物质形成的天然气，无机成因气根据其形成机制可以进一步划分为幔源气、宇宙气、岩浆岩气、变质岩气、放射作用气、无机盐类分解气。

有机成因气泛指沉积岩中分散和集中有机质或可燃有机矿产形成的天然气。根据形成天然气的有机质类型和生气机理，可以对有机成因气进行进一步的划分。根据形成有机成因气原始有机质类型的不同，可以把有机成因气划分为油型气和煤型气。由腐泥型有机质及其干酪根生成的天然气称为油型气，而腐殖型有机质及其干酪根形成的天然气称为煤型气。根据生气机理和演化阶段的不同，煤型气和油型气又可以分别进一步划分为生物成因气、热降解气和热裂解气。天然气成因类型的划分见表2 。

表2 天然气成因类型划分

不同成因类型天然气的鉴别方式

地壳中的天然气绝大部分是气体化合物与气体元素的泪合物，只有个别特殊情况下才由单一气体组成。因此，识别天然气的成肉类型应该是对天然气中各种组分的成因进行识别，但这样要花费大量的时间和财力，所以，一般只鉴别天然气中几个主要组分的成因类型。另一方面，在理论上不同成因天然气的地球化学特征有所不同，欲寻求统一的标准来识别各种不同类型的天然气，目前尚难做到。

鉴别烃类气体成因通常根据以下三方面的资料（1）天然气的组成特点，如碳同位素组成、甲烷含量等参数。（2）成气母质的有机质类型和演化程度等。（3） 天然气伴生物特征，如凝析油的成分、储层沥青的成分等。

表三 天然气的鉴别方式