1.1．煤成氣是含煤沉積中的高等植物及其細(xì)碎屑，在形成煤和暗色泥巖過程中產(chǎn)生的氣體，也有稱為煤型氣或煤系氣。

一般所說的天然氣主要包括煤成氣和油型氣。油型氣是由地史上生活在海洋和湖泊中而后被埋藏沉積物里的輪藻、介形蟲等微體生物，以及藻類等低等植物，在形成碳酸鹽巖或泥頁巖中產(chǎn)生的氣體。煤成氣和油型氣原始母質(zhì)的結(jié)構(gòu)是完全不同的，結(jié)構(gòu)的不伺導(dǎo)致產(chǎn)物的差異。油型氣的原始母質(zhì)，俗稱腐泥型或偏腐泥型有機(jī)質(zhì)，是由較多長鏈結(jié)構(gòu)和少量環(huán)狀結(jié)構(gòu)的化合物組成，其熱降解產(chǎn)物主要是液態(tài)的石油，同時伴有以甲烷為主體還含有大量乙烷、丙烷重?zé)N氣組分的油型氣，由于油型氣往往與石油伴生，所以在成油過程中一直兼探著油型氣。煤成氣的原始母質(zhì)，俗稱腐殖型有機(jī)質(zhì)，是以縮合的環(huán)狀結(jié)構(gòu)為主的化合物，帶有較短的側(cè)鏈，其熱降解產(chǎn)物以天然氣為主（以甲烷占優(yōu)勢，并伴有相當(dāng)量乙烷、丙烷和丁烷）并有少量凝析油或輕質(zhì)油。盡管在煤礦中早已發(fā)現(xiàn)殘留在煤層中的煤層瓦斯氣，但由于受傳統(tǒng)的石油地質(zhì)學(xué)概念和煤層具有強(qiáng)吸附性、氣體難以運移等觀念的束縛，煤成氣在相當(dāng)長時間內(nèi)未得到充分的重視。

2．煤系有機(jī)質(zhì)既能生氣也能生油，各煤巖組分在成烴作用中貢獻(xiàn)不同。

鏡質(zhì)組、絲質(zhì)組和穩(wěn)定組是煤巖有機(jī)顯微組分中三類主要部分。鏡質(zhì)組通常是氣源巖中最主要的顯微組分之一，它屬于高等植物木質(zhì)纖維組織凝膠化作用的產(chǎn)物，主要由腐殖物質(zhì)的腐殖酸部分形成的組分。絲質(zhì)組是不具化學(xué)活動性的富碳貧氫組分，屬于高等植物木質(zhì)纖維組織碳化作用的產(chǎn)物。穩(wěn)定組由高等植物中較富含氫的組織器官及植物組織分泌物所形成，如孢子體、樹脂體、角質(zhì)體、木栓質(zhì)體等。孢子體起源于高等植物孢子和花粉的外殼層；樹脂體來源于高等植物的樹脂、蠟質(zhì)、樹膠、香脂和油脂等分泌物；角質(zhì)體來源于陸生高等植物表皮保護(hù)組織角質(zhì)層；木栓質(zhì)體來源于高等植物木栓化組織細(xì)胞。鏡質(zhì)組和絲質(zhì)組以成氣為主，穩(wěn)定組以成油為主。煤成氣主要產(chǎn)自鏡質(zhì)組。穩(wěn)定組含量相對較高的煤可形成相當(dāng)量的凝析油氣或輕質(zhì)油。煤系有機(jī)質(zhì)的演化也不同于經(jīng)典的有機(jī)質(zhì)演化規(guī)律：在未成熟階段以樹脂體成烴為主，生成以甲烷占優(yōu)勢的天然氣，還有凝析油或輕質(zhì)油；在成熟階段，穩(wěn)定組、鏡質(zhì)組分別逐次成烴，主要生成以甲烷為主并有相當(dāng)多重?zé)N氣的天然氣，在本階段的初期也產(chǎn)凝析油和輕質(zhì)油。

煤或煤系中的樹脂體在形成煤成油中有重要的作用，隨著煤成油理論的不斷發(fā)展，許多學(xué)者認(rèn)為樹脂體不僅具有較高的生烴能力，而且成烴轉(zhuǎn)化作用發(fā)生在煤化作用低級階段，并以形成凝析油和輕質(zhì)油為特征。人工熱壓模擬實驗發(fā)現(xiàn)，巖樣的熒光消失發(fā)生在350℃以下，而樹脂煤的熒光消失則發(fā)生在250℃。這表明，樹脂體在不太高的熱力條件下，就發(fā)生了強(qiáng)烈的變化，從而支持了樹脂體能早期生油的觀點。在澳大利亞吉普斯蘭盆地及加拿大斯科舍和溫弗特—馬更些盆地都已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了以樹脂體為主要油源的油田。在我國吐魯番盆地，近年來發(fā)現(xiàn)了以木栓體為主形成的煤成油田。

3．煤成氣地球化學(xué)及其鑒別標(biāo)志

煤成氣主要由烷烴氣（甲烷、乙烷、丙烷和丁烷）、氮、二氧化碳及稀有氣體氦和氬等組成，烷烴氣占絕大部分，經(jīng)濟(jì)效益也主要來自烷烴氣。一般把氣中甲烷含量超過95％，乙烷、丙烷和丁烷含量少于5％的稱為干氣，而把前者含量小于95％，后者含量超過5％的稱為濕氣。地史上埋藏的植物遺體的有機(jī)質(zhì)形成煤成氣，與人的成長一樣可分不同階段，不同階段各有差異。通常用成熟度（R0）來表達(dá)煤成氣形成的階段。所謂成熟度是指在地層中的鏡質(zhì)組（鏡質(zhì)體）隨地溫的增加，其光學(xué)性質(zhì)出現(xiàn)有規(guī)律的變化，其量度單位為％（R0）。R0小于0.5％是屬未成熟階段，此階段主要是由生物化學(xué)作用使植物的有機(jī)質(zhì)形成煤型生物氣，這種氣是以甲烷為主的干氣；R0在大于0.5％至2.0％階段是熱解階段，形成煤成氣以濕氣為主，本階段的前期形成相當(dāng)數(shù)量的煤成油（以凝析油和輕質(zhì)油為主）；R0大于2％，由熱裂解作用形成的煤成氣為干氣，沒有煤成油。

在油氣地質(zhì)學(xué)中，常用穩(wěn)定同位素地球化學(xué)來鑒別油氣的不同來源，進(jìn)行油氣源對比，研究油氣運移方向，確定勘探目的層。目前在油氣地質(zhì)學(xué)中應(yīng)用最廣、研究最好是碳（C）同位素。碳有兩個穩(wěn)定同位素（12C和13C），常以其豐度比值（13C／12C）來研究油氣的性質(zhì)、來源和形成環(huán)境，并以б13C值，來表示豐度比值。表示或論述某氣組分的δ13c值，可在C右下角標(biāo)出其分子式，例如甲烷的б13C值，可縮寫為б13CCH4，乙烷、丙烷和丁烷類推。由于甲、乙、丙、丁烷分子中分別有1，2，3，4個碳分子，為更簡便，它們的б13C值也可寫為б13C1，б13C2，б13C，б13C3，б13C4。

作為煤成氣的母質(zhì)高等植物的碳同位素，和作為油型氣的母質(zhì)微體古生物與藻類的碳同位素是不同的，其形成的氣繼承了母質(zhì)的同位素特征。因此，б13C值成為鑒別煤成氣，追蹤氣源，進(jìn)行氣源對比的有力的手段和依據(jù)。煤成油也同樣繼承了其母質(zhì)的碳同位素特征。因此，可把煤成氣固相母質(zhì)（瀝青、干酪根）及其液相（煤成油）和氣相產(chǎn)物碳同位素系列作為鑒別標(biāo)志。同樣，還有許多煤成氣的地球化學(xué)參數(shù)，也可作為鑒別指標(biāo)，在此不一一表述。

4．煤的排烴能力

從原理上講，煤的排烴能力主要決定于兩個方面：一是它自身允許烴類流動的難易性，這一點取決于煤層自身的性質(zhì)和流體的性質(zhì)以及二者相互作用的性質(zhì)；二是煤層的生烴量與其容納能力的相對大小。從煤層自身性質(zhì)來說，由于煤的表面積大而孔隙直徑小，故其吸附能力較強(qiáng)。長期以來，傳統(tǒng)的石油地質(zhì)學(xué)觀念片面地認(rèn)為，含煤地層雖然能形成氣體，但由于煤的強(qiáng)吸附性，氣體難于運移出來而主要留存在成氣母體中。本世紀(jì)40年代，德國學(xué)者首先提出含煤地層形成的煤成氣，除殘存在源巖中外，還可運移出源巖聚集成煤成氣田（藏）。80年代，曾有學(xué)者研究表明，煤的這種吸附作用主要表現(xiàn)在對可溶重質(zhì)組成（以多環(huán)和芳香化合物為主）的吸附上（Radke，1980），而對非極性的飽和烴的運移并無明顯的影響（Hors-field，1988）。此外，煤中微裂縫發(fā)育和成氣過程中一些類型氣孔的形成有助于烴類的排出。從煤的生成量和容納能力來看，煤中有機(jī)質(zhì)的豐度高，生成產(chǎn)物的數(shù)量大，即煤成氣的生成量遠(yuǎn)大于其容納能力，并且煤層生成的烴量大，使排驅(qū)的動力也大，故煤中所生成的烴類可以遠(yuǎn)移出來并在有利的地質(zhì)條件下聚集成藏，這是一種客觀的地質(zhì)地球化學(xué)現(xiàn)象。