天然气是指自然界中存在的一类可燃性气体，是一种化石燃料 。天然气蕴藏在地下多孔隙岩层中，包括油田气、气田气、煤层气、泥火山气和生物生成气等，也有少量出于煤层 。而人们长期以来通用的“天然气”的定义，是从能量角度出发的狭义定义，是指天然蕴藏于地层中的烃类和非烃类气体的混合物 。
一、天然气的形成
天然气的成因是多种多样的，天然气的形成贯穿于成岩、深成、后成直至变质作用的始终 。千万年前死亡的大量植物和动物遗体沉积到湖泊或海洋底部，随着时间的推移，砂、泥和其他沉积物被石化了 。随着这些沉积物的向上堆积，这些有机质就被保存在沉积岩内 。最终，在这些不断积累的沉积层中，重量产生的压力和热力将这些有机质转变成了天然气和石油 。沉积的“源”岩包括煤层、页岩及一些石灰岩，由于富含有机质而呈暗色 。许多沉积盆地主要生成天然气 。
⒈ 生物成因
成岩作用早期，在浅层生物化学作用带内，沉积了许多有机质，经过微生物群的发酵和合成作用，就形成了生物原因的天然气，这种天然气埋藏的深度比较浅，而且时代比较新，演化的程度也比较低，以含甲烷气为主 。
生物成因气形成的前提条件是更加丰富的有机质和强还原环境 。
⒉ 有机成因
通过沉积中的有机物质，特别是腐泥型有机质在热降解成油过程中，与石油一起形成天然气 。有机原因生成的气体有油型气和煤型气，或者是在后成作用阶段由有机质和早期形成的液态石油热裂解形成的天然气称为油型气，包括湿气（石油伴生气）、凝析气和裂解气 。
各种类型的有机质都可形成天然气，腐泥型有机质则既生油又生气，腐植形有机质主要生成气态烃 。最有利于生气的有机母质是草本腐植型—腐泥腐植型，这些有机质多分布于陆源物质供应丰富的三角洲和沼泽湖滨带，通常含陆源有机质的砂泥岩系列最有利 。
⒊ 无机成因
地球深部岩浆活动、变质岩和宇宙空间分布的可燃气体，以及岩石无机盐类分解产生的气体，都属于无机成因气或非生物成因气 。它属于干气，以甲烷为主，有时含CO2、N2、He及H2S、Hg蒸汽等，甚至以它们的某一种为主，形成具有工业意义的非烃气藏 。
⒋ 煤型气
随着盆地沉降，埋藏加深和温度压力增高，由泥炭化阶段进入煤化作用阶段，在煤化作用中泥炭经过微生物酶解、压实、脱水等作用变为褐煤；当埋藏逐步加深，已形成的褐煤在还原条件、一定pH值、温度、压力和时间等因素作用下，按长焰煤→气煤→肥煤→焦煤→瘦煤→贫煤→无烟煤的序列转化 。在这些外部条件下，甲烷菌大量繁殖，形成了大量的甲烷气 。
煤型气也可形成特大气田，煤型气在世界可燃天然气资源构成中占有重要地位 。
总之，天然气要经历很长的时间才能形成，是一种再生能力较弱的资源，形成的过程中对环境的因素要求很重要，所以天然气的形成是需要一定的气候和环境条件的 。
二、天然气的组成和分类
天然气主要由气态低分子烃和非烃气体混合组成 。主要成分为烷烃，其中甲烷占绝大多数，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷，此外一般有硫化氢、二氧化碳、氮和水气和少量一氧化碳及微量的稀有气体，如氦和氩等 。
⒈ 按在地下存在的相态可分为游离态、溶解态、吸附态和固态水合物 。只有游离态的天然气经聚集形成天然气藏，才可开发利用 。
⒉ 按照生成形式又可分为伴生气和非伴生气两种 。
⑴ 伴生气：伴随原油共生，与原油同时被采出的油田气 。其中伴生气通常是原油的挥发性部分，以气的形式存在于含油层之上，凡有原油的地层中都有，只是油、气量比例不同 。
即使在同一油田中的石油和天然气来源也不一定相同 。他们由不同的途径和经不同的过程汇集于相同的岩石储集层中 。
⑵ 非伴生气：包括纯气田天然气和凝析气田天然气两种，在地层中都以气态存在 。凝析气田天然气从地层流出井口后，随着压力的下降和温度的升高，分离为气液两相，气相是凝析气田天然气，液相是凝析液，叫凝析油 。若为非伴生气，则与液态集聚无关，可能产生于植物物质 。
⒊ 按成因分为生物成因气、油型气和煤型气 。
⑴ 油型气 沉积有机质特别是腐泥型有机质在热降解成油过程中，与石油一起形成的天然气，或者是在后成作用阶段由有机质和早期形成的液态石油热裂解形成的天然气称为油型气，包括湿气（石油伴生气）、凝析气和裂解气 。由石油伴生气→凝析气→干气，甲烷含量逐渐增多，随有机质演化程度增大而增大 。
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