石油勘探与开发 >

2025 , Vol. 52 >Issue 3: 499 - 512

DOI: https://doi.org/10.11698/PED.20250112

油气勘探

煤成气理论推动中国从贫气国跃升为世界产气大国

  • 贾承造 , 1 ,
  • 郭彤楼 2 ,
  • 刘文汇 3 ,
  • 秦胜飞 , 4 ,
  • 黄士鹏 4 ,
  • 刘全有 5 ,
  • 彭威龙 6 ,
  • 洪峰 4 ,
  • 张延玲 4
展开
  • 1 中国石油天然气集团有限公司，北京 100007
  • 2 中国石化西南油气分公司，成都 610041
  • 3 西北大学地质学系，西安 710069
  • 4 中国石油勘探开发研究院，北京 100083
  • 5 北京大学能源研究院，北京 100871
  • 6 中国石化石油勘探开发研究院，北京 102260
秦胜飞(1969-)，男，安徽五河人，博士，中国石油勘探开发研究院教授级高级工程师，主要从事天然气地质与地球化学、稀有气体地球化学、油气成藏等研究。地址：北京市海淀区学院路20号中国石油勘探开发研究院，邮政编码：100083。E-mail:

贾承造（1948-），男，甘肃兰州人，博士，中国科学院院士，中国石油天然气集团有限公司教授级高级工程师，主要从事构造地质学、石油地质学研究和油气勘探工作。地址：北京市西城区六铺炕街6号，中国石油天然气集团有限公司，邮政编码：100007。E-mail：

Copy editor: 魏玮

收稿日期: 2025-02-27

  修回日期: 2025-04-25

  网络出版日期: 2025-05-13

基金资助

国家自然科学基金“油气成藏次生作用过程中轻烃组分与同位素分馏机理”(42372165)

中国石油油气和新能源分公司科技专项“中国石油重点地区风险勘探目标研究”(2023YQX10101)

国家自然资源部项目“中石油矿业权区及周边空白区油气资源评价”(QGYQZYPJ2022-1)

中国石油天然气集团有限公司前瞻性基础性科技项目“天然氢形成富集机制与勘查技术研究”(2024DJ93)

收起

The coal-formed gas theory promoting China from a gas-poor country to a major gas-producing country in the world

  • JIA Chengzao , 1 ,
  • GUO Tonglou 2 ,
  • LIU Wenhui 3 ,
  • QIN Shengfei , 4 ,
  • HUANG Shipeng 4 ,
  • LIU Quanyou 5 ,
  • PENG Weilong 6 ,
  • HONG Feng 4 ,
  • ZHANG Yanling 4
Expand
  • 1 China National Petroleum Corporation, Beijing 100007, China
  • 2 Sinopec Southwest Oil & Gas Company, Chengdu 610041, China
  • 3 Department of Geology, Northwest University, Xi’an 710069, China
  • 4 PetroChina Research Institute of Petroleum Exploration & Development, Beijing 100083, China
  • 5 Institute of Energy, Peking University, Beijing 100871, China
  • 6 Sinopec Petroleum Exploration and Production Research Institute, Beijing 102260, China

Received date: 2025-02-27

  Revised date: 2025-04-25

  Online published: 2025-05-13

Fold

摘要

20世纪70年代末，煤成气理论在中国提出，经过数十年不断发展和完善，最终形成了一套完整的理论体系。煤成气理论揭示，煤系是良好气源岩，成烃以气为主，以油为辅，开拓了以煤系腐殖型有机质为气源岩的新思路，使指导中国天然气勘探的理论由“一元论”（油型气）转变为“二元论”（煤成气和油型气），开辟了天然气勘探新领域。煤成气理论创立以前，中国天然气探明储量和产量均很低，全国天然气探明地质储量仅为2 264.33×108 m3，年产气137.3×108 m3，人均年用气量仅14.37 m3，是贫气国。在煤成气理论的指导下，中国天然气工业快速发展，至2023年底，中国天然气累计探明地质储量为20.90×1012 m3，年产天然气2 343×108 m3，人均可享用国产气量为167.36 m3；其中，天然气的累计探明地质储量和产量均以煤成气为主，自2020年起中国已经跃升为世界第4产气大国。煤成气理论以及在该理论指导下的中国天然气勘探取得了巨大成就，推动中国从贫气国迈入世界产气大国行列。

关键词： 煤成气理论; 一元论; 二元论; 产气大国; 天然气勘探; 大气田; 中国

本文引用格式

贾承造 , 郭彤楼 , 刘文汇 , 秦胜飞 , 黄士鹏 , 刘全有 , 彭威龙 , 洪峰 , 张延玲 . 煤成气理论推动中国从贫气国跃升为世界产气大国[J]. 石油勘探与开发, 2025 , 52(3) : 499 -512 . DOI: 10.11698/PED.20250112

Abstract

In the late 1970s, the theory of coal-formed gas began to take root, sprout, develop, and improve in China. After decades of development, a complete theoretical system was finally formed. The theory of coal-formed gas points out that coal measures are good gas source rocks, with gas as the main hydrocarbon generated and oil as the auxiliary. It has opened up a new exploration idea using coal-bearing humic organic matter as the gas source, transforming the theoretical guidance for natural gas exploration in China from “monism” (i.e. oil-type gas) to “dualism” (i.e. coal-formed gas and oil-type gas) and uncovering a new field of natural gas exploration. Before the establishment of the coal-formed gas theory, China was a gas-poor country with low proved gas initially-in-place (merely 2264.33×108 m3) and production (137.3×108 m3/a), corresponding to a per capita annual consumption of only 14.37 m3. Guided by the theory of coal-formed gas, the natural gas industry of China has developed rapidly. By the end of 2023, China registered the cumulative proved gas initially-in-place of 20.90×1012 m3, an annual gas production of 2 343×108 m3, and a per capita domestic gas consumption reaching 167.36 m3. The cumulative proved reserves initially-in-place and production of natural gas were dominated by coal-formed gas. Owing to this advancement, China has transformed from a gas-poor country to the fourth largest gas producer in the world. The coal-formed gas theory and the tremendous achievements made in natural gas exploration in China under its guidance have promoted China from a gas-poor country to a major gas-producing country in the world.

Key words： coal-formed gas theory; monism; dualism; major gas producer; natural gas exploration; large gas field; China

1 背景概述

中国在2020年第75届联合国大会上提出实施“双碳”目标，旨在应对全球气候变化和减少温室气体排放。大力发展天然气工业，用更多的天然气等清洁能源代替煤炭等传统能源，是实现“双碳”目标的重要途径之一。
寻找更多的天然气资源，离不开天然气地质理论的指导。在中国，煤成气理论对天然气勘探的指导意义尤为重要。在1978年煤成气理论出现之前，中国油气地质工作者认为天然气均是由海相碳酸盐岩、泥页岩及湖相泥页岩中低等生物（即腐泥型有机质）生成的（见图1），称油型气，此时为油型气观点的“一元论”指导勘探；而对于大面积发育的煤系及其相关的层系，则视为油气勘探的禁区，因此当时中国天然气勘探受到极大的束缚，发现的天然气储量和产量十分有限。例如，鄂尔多斯盆地从1907年开始油气勘探，只把陆相三叠系、侏罗系及海相下古生界作为油气勘探领域和目的层，并未把石炭系—二叠系煤系优质气源岩发育层系作为勘探领域，天然气勘探举步维艰。中国其他盆地的天然气勘探也与鄂尔多斯盆地一样仅用“一元论”来指导，勘探效果欠佳，天然气工业发展缓慢。截至1978年底，全国探明天然气地质储量仅为2 264.33×108 m3，其中煤成气203×108 m3；年产气137.3×108 m3，其中煤成气仅3.43×108 m3[1-3]，人均年用气量仅14.37 m3，中国处于贫气国地位。
图1 煤系腐殖型烃源岩和腐泥型烃源岩形成示意图
20世纪70年代初，戴金星开始在中国开展煤成气地质研究，并于1978年率先提出了“煤成气”概念。煤成气理论起始于两篇标志性的论文。一篇是1979年《成煤作用中形成的天然气和石油》，该文明确指出，在成煤作用过程中可生成大量的天然气和一定数量的石油[4]；另一篇是1980年发表的《我国煤系地层含气性的初步研究》，明确提出成煤作用中形成天然气的地球化学条件以及煤成气田（藏）形成的地质条件[5]。煤成气理论认为，煤和煤系泥岩中的有机质是以缩合芳香环为主的带有短侧链和甲基的大分子有机化合物，受热后短链和甲基断裂生成以甲烷为主的天然气，这也决定了煤系有机质生气为主、生油为辅。其理论内涵包括：腐殖煤及其分散的腐殖型有机质从低阶至高阶煤的成煤全过程中生烃以气为主、以油为辅；在煤系及其相关的目的层中应以找气为主、找油为辅；在煤系有机质生气中心及其周缘、与煤系有关的各类圈闭都是煤成气有利的勘探领域。另外，煤成气理论还包含了煤成气和油型气一系列的鉴别指标等。煤成气理论指导天然气勘探向煤系领域迈出关键性的一步，开启了中国天然气工业发展的新纪元。
1979年煤成气理论在中国诞生之后，突破了传统的油型气勘探思路的局限，开辟了煤成气崭新的勘探领域，使中国指导勘探天然气的理论从油型气的“一元论”进入油型气和煤成气的“二元论”时代。随着煤成气理论和实践的不断推进，勘探成效日益显著，获得一系列天然气重大发现，引起了国家层面和相关部门的高度关注[6]。1983年，在党和国家有关领导的高度重视下，中国首个煤成气科技项目——《中国煤成气开发研究》被列为国家重点科技攻关项目。从此，中国天然气工业走上迅速发展的道路，为中国从贫气国走向产气大国奠定了坚实基础，为推动中国天然气事业的快速发展做出了巨大贡献[7]。截至2023年底，中国累计探明天然气地质储量为20.90×1012 m3，煤成气为11.71×1012 m3；2023年中国年产天然气2 343.00× 108 m3，其中煤成气为1 312.08×108 m3，天然气的年产量已跃居全球第4，煤成气的探明储量和产量都分别超过了全国总量的一半。
从资源禀赋来看，中国是一个富煤的国家，中国的含煤盆地众多、面积大，陆地、大陆架上20个面积大于1×104 km2的含煤盆地总面积共计115×104 km2[8]。另外，中国聚煤期较多，自早石炭世至第三纪，腐殖煤有8个聚煤期，煤系有机质分布广泛、厚度大，在成煤过程中生成大量天然气，为煤成气田的形成提供了丰富的物质来源。当前，煤岩气勘探在准噶尔、鄂尔多斯和四川等盆地取得重大突破，进一步显示出煤成气理论的前瞻性和科学性。
本文从煤成气理论的创立和发展历程、勘探成效等诸方面进行评述，让科研人员和油气勘探家更加深入地理解煤成气理论，更好地指导煤成气的勘探和开发向更多、更深的勘探层系探索，以期促使中国天然气工业迈向新台阶。

2 在认知争论中以实验和勘探促进煤成气立论

煤成气理论的形成并非一帆风顺，关于煤系成烃问题，曾出现不少质疑和争论：有学者认为煤不能生油也不能生气；有的认为煤可以生油、生气，但以生油为主、生气为辅；还存在在哪里可以找到煤成气田以及怎样鉴别出煤成气和油型气等一系列问题。煤系有机质生烃模拟实验和大量勘探实践对于上述质疑均给予了解答，煤成气理论逐步得以夯实。

2.1 煤系能否成烃之辩

关于煤能否成油一度存在争论。甚至在煤成气理论提出之后的较长时间，还有学者认为“煤肯定不成油，煤层中的瓦斯是煤直接生成的气”[9]；还有学者指出，吐哈盆地、准噶尔盆地、三塘湖盆地以及澳大利亚的吉普斯兰盆地等没有煤成油，甚至认为无煤岩生成的煤成油[10]。勘探实践显示，在塔里木盆地库车坳陷发现的依奇克里克油田是典型的煤成油田[11]，另外在吐哈盆地等煤系中都有煤成油的发现，虽然规模都较小，但是证实煤系确实可以生油[12-13]，表明煤系不能生油的观点是错误的。
关于煤系能否生气的问题，甚至克拉2等一些大气田的气源是否为煤系都曾经存在巨大争议。煤成气理论提出初期，已在四川盆地发现了中坝气田须二气藏、八角场香二气藏等煤成气藏[7]；在鄂尔多斯盆地发现刘家庄气藏，并在西缘和东缘等地区，发现了不少来自煤系的天然气和石油[14]；有学者认为克拉2大气田和大宛齐油气田的天然气是无机成因[15-16]；还有观点认为，克拉2大气田的天然气可能是塔里木盆地古生界腐泥型烃源岩俯冲深埋在库车坳陷和天山之下受高温裂解成气，与四川盆地威远气田裂解气相似[17]。这些观点都忽视了库车坳陷巨厚的中生界煤系烃源岩对天然气的巨大贡献。库车坳陷广泛发育的以侏罗系为主的（包括部分三叠系）含煤地层烃源岩分布范围为12 000~14 000 km2，总厚度达1 000 m，有机质类型以Ⅲ型为主，最大生气强度可达280×108 m3/km2，大于100×108 m3/km2的面积达10 000 km2以上[18]。地球化学研究证实克拉2气田天然气来自侏罗系—三叠系煤系烃源岩[19-21]。

2.2 煤系生油、生气的主辅之争

由于在吐哈等盆地发现了一些小型煤成油田，掀起了在中国西北地区侏罗系寻找煤成油的热潮，并发表了一批强调煤系以生油为主、生气为辅的论著[22-33]。经过多年的勘探实践，并未在该区找到大规模的煤成油田，以“煤系生油为主”的指导思想进行油气勘探成效甚微。全国第二次油气资源评价中对库车坳陷进行油气资源评价时得出的天然气资源量很低，仅为4 438×108 m3，而煤成油资源量却高达5.69×108 t[34]，这与后来勘探发现克拉2、克拉苏等一批煤成大气田的事实相矛盾，探明的天然气储量远超过早期测算的资源量。
煤系成烃以生气为主、生油为辅这一总体特征是由其有机显微组分组成特点决定的。煤分为腐殖煤和腐泥煤两种，前者主要由高等植物生成，后者主要由藻类在特殊的环境中形成，分布极其有限。中国主要发育腐殖煤，其煤岩显微组分由镜质组、壳质组和惰质组构成。镜质组是煤中最主要的显微组分，由植物中的木质纤维组织经凝胶化作用形成，以生气为主；壳质组是由成煤植物中有机组分中化学稳定性强的角质层、树脂、孢粉等转化而来，一般在煤中含量不高，以生油为主；惰质组在煤中含量仅次于镜质组，由植物的木质纤维组织经丝炭化作用形成，以生气为主。煤系泥岩、褐煤和低煤阶煤及其有机显微组分的生烃热模拟实验表明，煤系成烃的总体特征是以生气为主、生油为辅[5,35 -43]。煤系中发现小油田，是煤系成烃少数情况，有其特殊性，这种情况出现有其内因，但更多情况与外因有关。关于内因，一般来说煤系有机显微组分中有利于生油的壳质组含量较低，多为1%~3%，而吐哈盆地含量较高，为7%~10%[44]，另外，一些外因也导致吐哈盆地煤成油略多，如由于断裂发育，天然气大量散失，油气藏内少量煤成油保存下来所致[45-46]。

2.3 煤成气的勘探方向和勘探领域预测问题

煤成气理论提出初期，在众多含煤盆地开展有利区评价，许多学者明确指出有利盆地和区块，例如戴金星[47]和田在艺[48]指出，在塔里木、四川、鄂尔多斯、华北和东海等盆地发育的聚煤带，都是天然气勘探有利地区。
关于在哪里寻找煤成气的问题，冯福闿等指出要注意中国含煤盆地及含煤岩系的特点以及转化为含气（油）盆地的生、运、聚等基本地质条件[49]；随着煤成气研究不断深入，以及大量勘探开发和地球化学数据逐渐的积累，煤成气田形成主控因素开始向半定量/定量化发展。生气中心以及周缘、在低势区、煤系中与古隆起有关的圈闭、与煤系有关的异常压力封存箱上及箱间的大中型圈闭等是大中型气田形成的主控因素，其中生气强度大于20×108 m3/km2是大中型气田形成的必要条件[50-52]；戴金星等提出了中亚煤成气聚集域与亚洲东缘煤成气聚集域[53]，中亚煤成气聚集域以侏罗系煤系为主，在中国境内经伊犁盆地到准噶尔盆地、塔里木盆地、吐哈盆地至三塘湖盆地；亚洲东缘煤成气聚集域包括中国近海海域一系列第三系含煤盆地，是寻找大中型煤成气田的有利地区[54]；现在已在上述有利预测区发现一批大型煤成气田，特别是塔里木盆地库车坳陷克拉2大型煤成气田的发现启动了“西气东输”重大工程；鄂尔多斯盆地由于苏里格等一系列煤成气大气田的发现，稳居中国油气产量排名第1的油气盆地。

2.4 煤成气和油型气的判识及鉴别指标体系

如何来判断煤成气和油型气是一个难题。20世纪80年代初，中国天然气成因鉴别研究极其薄弱，指标单一（以气组分为主），这些方法往往难以应对地质条件复杂、成藏机制多变的情况，尤其是在含有多期次充注和多类型天然气混合的复杂条件下，其准确性与可靠性较低。如何有效鉴别煤成气和油型气是当务之急。经过“六五”天然气攻关，提出了鉴别煤成气和油型气的系列指标[40-41,55]，先后建立了δ13C1-Ro、δ13C1-C1/(C2+C3)、δ13C1-δ13C2-δ13C3和C7轻烃等天然气系列组合鉴别图版，以及气源岩及其衍生物碳同位素组成系列对比、轻烃和凝析油及其组分碳同位素等多个鉴别天然气成因类型的重要指标[40-41,55 -75]。使天然气鉴别从简单的气相发展为气、液、固相结合，不仅对有机成因气鉴别取得重大进展，在无机成因气鉴别方面也取得重要成果，为无机成因气的勘探提供了理论依据。戴金星从天然气组分、同位素、轻烃、凝析油与储层沥青生物标志物等方面，综合各学者的有关成果，提出了鉴别天然气的31种鉴别指标[34]，为各类天然气的选区和资源评价等提供了科学依据。

3 煤成气理论促进了中国天然气工业大发展

1949年至2023年，经过几代天然气工作者长达74年的不懈努力，中国的天然气工业从一穷二白逐渐发展壮大。特别是煤成气理论提出以来，天然气发现数量、规模和产量均快速增长；截至2023年底，中国探明天然气地质储量跃升为全球第6，天然气年产量为全球第4[76]，煤成气理论为中国天然气工业的发展做出了巨大贡献。

3.1 煤成气理论推动中国天然气累计探明储量显著增长

1949年，中国天然气工业发展十分落后，当年全国的天然气探明地质储量仅为3.85×108 m3[77]。随后30年，探明储量增长极度缓慢，年均增长不足80×108 m3（见图2），至煤成气理论创立之前的1978年，全国累计探明天然气地质储量为2 264.33×108 m3，当时全国煤成气探明储量仅为203.79×108 m3。
图2 1949—2023年中国天然气与煤成气累计探明地质储量及煤成气占比
1979年以后，中国天然气工业每隔10年，天然气累计探明储量年均增长量就跨越一个台阶，逐步上扬。
1979—1989年，中国天然气累计探明储量增长速度开始加快，年均增长302.95×108 m3。在此10年时间，煤成气探明储量占比从10.28%逐步增加到32.16%。
1990—1999年，中国天然气累计探明储量年均增长达到1 503.89×108 m3，全国累计探明天然气超过20 000×108 m3。在此阶段内，煤成气探明储量占比从34.07%逐渐增加到54.28%。从1999年开始，煤成气探明地质储量占比超过了50%。
2000—2009年，中国天然气探明储量年均增长达到4 977.83×108 m3，2009年中国累计天然气探明储量为70 414×108 m3[77]，煤成气探明储量占比从62.5%增大为66.32%。2004年，煤成气探明地质储量占全国天然气累计探明储量的73.62%，该值也是煤成气占比的巅峰。
2010—2023年，中国天然气探明储量增长更为迅速，年均增长接近10 000×108 m3，达到9 900.81×108 m3，2014、2018年天然气累计探明地质储量分别突破100 000×108，150 000×108 m3大关，2023年底则突破200 000×108 m3。2012年，煤成气探明地质储量占到全国的72.98%，达到历史第2高峰，随后占比有所回落，占比回落与深层碳酸盐岩和新气种页岩气储量增加有关，但是在最近5年，煤成气平均占比依然在58%左右（见图2）。
2023年中国天然气累计探明储量约是1978年的92倍，煤成气探明储量占比从1978年的9%增加到2023年的56%。2023年煤成气探明储量达11.7×1012 m3，比1978年增长了573倍（见图3a）。煤成气是中国天然气累计探明储量增长的主体。未来随着煤岩气革命的开启，煤成气新增探明储量占比将有望进一步提高。
图3 1978年、2023年中国天然气、煤成气累计探明地质储量和年产量对比

3.2 煤成气理论推动中国天然气产量快速增长

建国之初，中国天然气工业年产气量非常低，1949年产气仅0.11×108 m3，当时人均可享用气量只有0.02 m3。
1949—1978年，中国天然气年产量增长缓慢（见图4），年均增加4.57×108 m3，煤成气理论创立之前的1978年，中国年产气137.34×108 m3。
图4 中国1949—2023年天然气与煤成气产量及煤成气占比
1979—1999年，中国的天然气年产量增长依然比较缓慢（见图4），特别是1979—1989年年均增长只有0.69×108 m3，这个时期发展速度甚至要低于以往年份。1989—1999年，产量开始缓慢上升，年均增长达到9.91×108 m3。1997年随着莺—琼盆地崖13-1等煤成气田的规模开发，当年煤成气产量达到65.91×108 m3，占全国天然气产量比例为31.2%；1999年全国产气量为244×108 m3，当年煤成气产量为87.5×108 m3，占总产气量的35.86%。
2000年开始，中国天然气产量开始迈入快车道，进入了长达20多年的快速增长时期。2000—2009年，中国天然气产量年均增长60.8×108 m3，煤成气产量年均增长46.59×108 m3，煤成气的产量占比从37.84%增加到最高达66.21%。2005年中国天然气产量为499.5×108 m3，进入产气大国行列[77]，当年煤成气产量为261.16×108 m3，占比为52.28%，此后煤成气的产量一直占据着天然气产量的半壁江山。
2010—2023年，中国天然气年产量迅速增长，年均产气超过106×108 m3，2011年产气超过1 000×108 m3，2022年达2 201×108 m3，2023年达到2 343×108 m3，这期间煤成气产量占总产气量的比例为53.47%~67.22%。2012年中国煤成气年产气720.72×108 m3，占比为67.22%，是煤成气占比最高的年份，2019—2023年煤成气的占比维持在57%左右（见图3）。特别指出的是，2019—2023年，中国天然气产量年均增长148.06×108 m3，累计增长740.3×108 m3，按照热值换算成油当量（1 t原油相当于1 111 m3天然气[76]），为6 663× 104 t，超过了大庆油田高峰年产量（5 030×104 t）。
2023年中国年产气量是1978年的17.06倍，同时煤成气产量占比从1978年2.5%增长到2023年的56%，2023年中国煤成气产量达到1 312.08×108 m3（见图3b）。2004—2023年，中国人均可享用国产天然气量逐渐增加（见图5）。2023年人均可享用天然气达到166.22 m3，比2004年增加了4.27倍，比1978年则增加了10.56倍。随着近年来煤岩气产量的快速增长，未来煤成气的总产量将会迎来新的增长高峰。
图5 中国2004—2023年人均可享用国产天然气与煤成气量
根据热值计算的油当量，2004年中国天然气产量为0.37×108 t油当量，仅为当年中国原油产量的21.1%（见图6）。随着中国天然气产量的快速提升，2013年中国天然气产量为1.05×108 t油当量，此时，气油产量当量比值为0.50。截至2023年底，中国天然气产量为2.11×108 t油当量，而当年中国石油全年产量为2.09×108 t，天然气首次超过原油。鉴于中国天然气工业目前正处于快速发展时期，天然气储量和产量均在迅速增长，特别是天然气产量以每年超过100×108 m3的速度持续增长，原油的年产量基本稳定在2×108 t左右，今后若干年，中国天然气产量油当量与原油产量之间的比值会逐渐增大。2025年中国天然气年产气量预计可达2 500×108 m3[78]，换算为石油则是2.25×108 t，预计气油当量比值为1.1。
图6 中国2004—2023年天然气年产量（油当量）和石油产量对比图

3.3 煤成气理论推动中国大气田建设

3.3.1 煤成气理论推动5大产气区快速发展

目前中国天然气年产量大于50×108 m3的大气区有5个，分别是鄂尔多斯、四川、塔里木、莺—琼和柴达木盆地（见图7）。2023年5大气区产气量分别约为740×108 m3、700×108 m3、410×108 m3、110×108 m3和60×108 m3，总计约2 020×108 m3，占当年全国天然气总产量的86.2%。除了四川盆地以外，其他4个盆地的天然气均以煤成气为主[79]。
图7 中国5大产气区及5个年产超100×108 m3大气田分布图
鄂尔多斯盆地天然气除靖边气田储集层主要为碳酸盐岩以外，其他气田均主要储集于石炭系—二叠系致密砂岩中，烃源岩为石炭系—二叠系煤系[80-81]。盆地内广覆式分布的厚层煤和泥岩烃源岩，成熟度大、生气强度高，与致密砂岩储层紧密接触，构成有利成藏组合，为煤成大气田的形成奠定了重要基础。盆地内部已发现煤成大气田18个[82]。近年来在盆地深层石炭系本溪组8#煤岩储层中获得了工业气流，展示出了巨大的勘探潜力，天然气类型也为煤成气[83]。
四川盆地煤成气主要储集于三叠系须家河组和侏罗系沙溪庙组致密砂岩储层中，烃源岩主要为须家河组煤系泥岩和煤层，生烃中心位于川西坳陷。须家河组内部发育多套烃源岩和储集层，纵向上构成下生上储、旁生侧储以及上生下储多种成藏组合，天然气近源充注，成藏条件优越。目前发现煤成大气田11个，主要分布于四川盆地中部—西部地区，累计探明地质储量超过10 000×108 m3，靠近川西坳陷须家河组生烃中心的煤成气田开发效果较好。2023年底盆地煤成气产量约100×108 m3，仅占四川气区产量少部分，该产气区主要产油型气，是年产量为700×108 m3。
塔里木盆地天然生产基地主要分布于库车坳陷和塔中地区。库车坳陷天然气为煤成气，塔中地区已发现气田主要为油型气。库车坳陷天然气主要储集于白垩系砂岩中，烃源岩为三叠系湖沼相煤系和中下侏罗统湖沼-河流沼泽相煤系烃源岩[18]。受喜马拉雅运动晚期强烈构造挤压活动影响，库车坳陷的盐下构造层发育成排成带背斜和断背斜，逆冲断层沟通三叠系—侏罗系烃源岩和白垩系储层，成藏条件优越[84]，盆地目前发现8个煤成大气田。
莺—琼盆地天然气主要为煤成气，已经发现煤成大气田7个。发育两套气源岩，分别是古近系渐新统崖城组及新近系中新统三亚组，两套烃源岩有机质类型均为Ⅱ2—Ⅲ型[85-86]。天然气储集于古近系陵水组、新近系黄流组、莺歌海组和乐东组近源三角洲、远源三角洲、浊积扇、浊积水道等砂岩中，断裂沟通源储，形成下生上储有利成藏组合[87]。
柴达木盆地天然气主要产出于涩北一号、涩北二号以及台南3个大气田中，储集层为第四系疏松砂岩中，气源为Ⅲ型有机质的第四系暗色泥岩和炭质泥岩，天然气为煤成生物气[88-89]。

3.3.2 煤成气理论推动4个煤成大气田年产气超过百亿立方米

截至2024年底，中国累计有5个年产气超过100×108 m3的大气田，按照达到年产气100×108 m3时间先后顺序，分别是克拉2（2007年）、苏里格（2010年）、安岳（2015年）、克拉苏（2020年）以及延安气田（2024年）。上述5个大气田除了安岳气田以外，其余4个气田均为煤成气大气田。
克拉2气田位于塔里木盆地库车坳陷，含气面积为48.10 km2，探明天然气储量2 840×108 m3[87]，克拉2井为气田发现井，主要储层为白垩系巴什基奇克组砂岩，气田储量丰度59×108 m3，是目前中国探明储量丰度最高的优质气田。2007年天然气产量为111.34×108 m3，是中国首个年产气超过100×108 m3的大气田。连续3年保持产气量超过100×108 m3，之后气田产量逐步下降，2010下降到96×108 m3，2024年产气55×108 m3。气田乙烷碳同位素组成为-19.4‰~-17.3‰，为典型的煤成气，天然气主要来源于三叠系—侏罗系煤系烃源岩[18,45,90]。
克拉苏气田位于库车坳陷中部克拉苏构造带，是继克拉2气田之后库车坳陷发现的又一个超大气田，储集层与克拉2气田相同，均为白垩系巴什基奇克组砂岩。埋藏深度超过6 000 m，是中国第1个超深层大气田[90]。克深2井为克拉苏气田发现井，于2008年8月在盐下巴什基奇克组6 573~6 697 m获日产气46.6×104 m3。盐下冲断叠瓦构造成排成带，为气田形成提供了良好的圈闭条件[84]。2020年底，天然气探明地质储量8 266.48×108 m3，2020年天然气产量首次超过100×108 m3，达115.57×108 m3[90]，2024年产气100×108 m3。克拉苏气田天然气乙烷碳同位素组成相对于克拉2气田更重，为-19.0‰~-15.1‰[90]，气源对比表明，天然气主要来源于三叠系—侏罗系煤系[84]。
苏里格气田位于鄂尔多斯盆地西北部，是中国第1个探明储量超1×1012 m3的大气田，天然气地质储量2.85×1012 m3[91]，含气面积1.64×104 km2，累计产气2 760×108 m3，是中国迄今探明储量最大、年产天然气量最高的大气田[79]。2000年8月26日，苏6井经压裂改造，获得无阻流量120.16×104 m3/d的高产气流，成为苏里格气田的发现井[90]。储层主要为二叠系山西组和下石盒子组致密砂岩，奥陶系马家沟组五段碳酸盐岩有少量产出。苏里格气田二叠系天然气乙烷碳同位素组成为-26.7‰~-22.1‰[90]，是典型的煤成气，盆地广覆式分布的石炭系—二叠系海陆过渡相煤系烃源岩为煤成气大气田的形成提供了丰富气源[80,91]。2010年苏里格气田年产气104.75×108 m3，产量首次超过100×108 m3，随后产气量逐年上升，2024年生产天然气约301×108 m3，占当年全国天然气产量的12.2%。
延安气田位于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡东南部，延气2井于2006年获得工业气流，成为延安大气田的发现井。气田主力含气层为石炭系本溪组、二叠系山西组与下石盒子组[92]，探明含气面积约4 297 km2，2020年底探明天然气地质储量3 510.76×108 m3[79]，2024年产气量约100×108 m3。二叠纪，延安地区发育北部和南部物源交汇沉积体系，山西组2段—下石盒子组8段沉积期发育河流—三角洲前缘砂体[92]，突破了前人认为的该区为前三角洲沉积、不发育有效储层的认识[93]，改变了盆地“北气南油”勘探局面。延安气田上古生界天然气乙烷碳同位素组成为-37.2‰~-30.5‰，但这并非指示腐泥型母质来源，而是极高成熟度条件下的次生裂解、高温下过渡金属参与反应、扩散运移等次生作用导致了天然气呈现δ13C1>δ13C2>δ13C3倒转；天然气C7轻烃组成富含甲基环己烷，甲烷氢同位素组成为-170‰~-160‰，指示为煤成气成因[94]，烃源岩主要为石炭系—二叠系海陆过渡相沉积的煤系烃源岩，包括山西组煤和泥岩，太原组和本溪组的煤、泥岩和石灰岩[92,95]。

4 煤成气理论的科学意义和实践价值

煤成气理论在引领天然气地球科学理论创新和推动中国天然气工业发展中发挥了重大作用，得到了国内外众多知名专家学者的高度评价。
在煤成气地质理论的推动和指导下，中国天然气勘探由“一元论”（油型气）发展为“二元论”（煤成气和油型气），煤成气研究推动了中国天然气工业迅速发展，在中国天然气探明储量和产量的不断增长之中占有举足轻重的地位（李德生，2001）[87]。20世纪80年代初启动的科技攻关项目《中国煤成气开发研究》“由于在理论上创新开拓、在生产上为开辟中国煤成气勘探新领域提供科学依据，实现了中国“六五”探明天然气储量比“五五”的翻一番”（孙枢，2001）[8]。煤成气理论的创新突破和成功实践，使“找寻大中型气田要以煤成气为先”（刘光鼎，2014）[96]成为科学界的共识。
煤成气理论在中国天然气勘探发现、天然气发展乃至世界天然气生产都产生了巨大影响。70年代末煤成气理论在中国的建立，使中国形成了一个新的天然气勘探领域，从而大大促进了天然气储量的迅速增长（原石油工业部部长王涛，1997）[97]。陕气进京、西气东输曾经是关系到中国国家能源战略部署的关键项目；“煤成气理论先后成功预测和指导了苏里格等一批万亿立方米级大气田的发现，煤成气占天然气比重不断提高，为中国天然气工业快速发展做出了重大基础性贡献”（马永生，2020）[98]。近半个世纪以来，含煤岩系相关的天然气已成为中国天然气储产量快速增长的最关键因素，与含煤岩系相关的大型、特大型气田的发现速度在中国天然气储产量增长中有着举足轻重的重要作用（刘光鼎，2014）[96]。中国科学院白春礼院士认为，“煤成气理论体系为我国大型煤成气田的发现做出了重大贡献”[99]。俄罗斯科学院院士、著名地质学家Galimov也对中国的煤成气理论给予了肯定：“煤成气理论对于世界天然气生产意义重大，四川、鄂尔多斯和塔里木等盆地煤成大气田的发现显著促进了中国天然气工业的发展”[100]。

5 煤成气理论的创立、发展与成功实践对未来科技创新的启示

煤成气理论的创立、发展与成功实践对未来科技创新有很好的借鉴作用。①科技创新需具备敏锐的洞察力，了解国际最新的科研和生产动态，开拓自己的思路。戴金星从德国煤成气的发现得到启发，结合中国聚煤期多、煤系广泛发育的特点，认为中国煤成气有很大发展潜力，决定在中国研究煤成气，并向国务院提交研究申请报告，得到了国家的大力支持。②对待科学问题要录根溯源，探索其本质。尽管已经在不少地方发现了煤成油，但煤成气理论仍然坚持煤系以生气为主、生油为辅，这一地质认识是在充分研究煤岩有机显微组分的基础上得出的。③面对质疑的声音，要勇于坚持自己的学术观点，不放弃，寻找更多的证据来证实和完善自己的观点。煤成气理论提出之后，质疑的声音不断并持续相当长的一段时间，后经煤和煤岩显微组分生烃模拟实验和勘探实践不断证实煤成气理论的科学性、正确性。④要坚持理论和实践相结合。“实践是检验真理的唯一标准”，煤成气理论之所以被普遍认可，很大程度上是因为该理论在勘探实践中得到了检验，才得以发扬光大。在实践中得到充分检验的理论或科研成果才具有生命力。

6 结论

20世纪70年代末创立的煤成气理论提出“煤系是良好气源岩，成烃以气为主，以油为辅”，开辟了中国天然气勘探新领域，使得指导中国天然气勘探的理论从“一元论”（油型气）发展为“二元论”（煤成气和油型气）。
煤成气理论推动中国天然气工业迅速发展，2023年中国已经跃升为世界第4产气大国。煤成气占中国天然气累计探明地质储量和产量最高比例分别达73.62%和67.22%，最近5年平均占比分别为57.39%和57.23%。2023年底，中国累计探明天然气地质储量和产量中，煤成气占比均为56%。煤成气理论推动中国4大产气区和4个年产100×108 m3煤成气大气田储量增加和快速建产。
煤成气理论在引领天然气地质理论创新和推动中国天然气工业发展中发挥了重大作用，得到国内外众多知名专家学者的广泛认可，具有重大的科学意义和实践价值。
煤成气理论的创立、发展与成功实践对未来科技创新有4点启示意义和借鉴作用：敏锐的观察力、对科学本质的探索精神、勇于坚持自己的学术观点、坚持用实践检验新理论。

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