以下是对天然气的全面科普，涵盖形成原理、地质特征、开采技术、全球分布及能源意义等核心内容：
一、天然气形成原理
1.
生物成因
- 微生物作用：浅层沉积物中（<2km），厌氧菌分解有机物（如藻类、浮游生物）产生甲烷（CH₄）。
- 特征：干气（甲烷>95%），常见于湿地、浅海盆地（如西伯利亚冻土带气田）。
2.
热成因
- 热降解过程（深度2-5km）：
- 石油窗（60-120℃）：有机质（干酪根）裂解生成液态石油伴生天然气。
- 湿气带（120-150℃）：裂解生成乙烷、丙烷等重烃（湿气）。
- 干气带（>150℃）：高温裂解仅剩甲烷（干气），如深层页岩气。
- 无机成因（争议性）：
- 地幔无机化学反应生成甲烷（如大洋中脊热液区），占比极低。
二、地质赋存形式
类型
储集岩
渗透性
开采难度
实例
常规天然气
多孔砂岩/石灰岩
高
低
俄罗斯乌连戈伊气田
非常规天然气
- 页岩气
致密页岩
极低
极高
美国马塞勒斯页岩
- 煤层气
煤层微孔隙
低
高
中国沁水盆地
- 致密气
低渗透砂岩
中低
高
鄂尔多斯盆地
- 天然气水合物
海底沉积物/冻土
特殊相态
技术未成熟
南海神狐海域试采
三、勘探与开采技术
1.
勘探技术
- 地震波成像：3D/4D地震勘探定位储层构造。
- 地球化学分析：岩芯取样检测有机碳含量（TOC）及成熟度（Ro）。
2.
开采革命：水力压裂+水平钻井
- 流程：
- 钻垂直井至储层→转向水平钻进（1-3km）→注入高压水砂混合物压裂岩石→释放气体。
- 核心设备：井下钻头导向系统、可溶解桥塞。
四、全球分布与储量（2023数据）
主要储量国（探明储量，万亿立方米）：
俄罗斯 - 37.4（占全球19.8%）
伊朗 - 32.1（17.1%）
卡塔尔 - 24.7（13.1%）
美国 - 12.6（6.7%）
土库曼斯坦 - 10.3（5.5%）
注：中国第6位（8.4万亿m³），但页岩气可采储量全球第一（31.6万亿m³）。
五、运输与贸易网络
1.
管道运输（占全球贸易量67%）
- 核心管线：
- 北溪管道（俄→欧，已停运）
- 西伯利亚力量（俄→中）
- 跨亚得里亚海管道（阿塞拜疆→意）
2.
LNG液化天然气（增长最快）
- 流程：净化→冷却至-162℃液化（体积缩小600倍）→LNG船运输→再气化。
- 最大出口国：澳大利亚、卡塔尔、美国。
- 关键航道：霍尔木兹海峡（30% LNG贸易量）、马六甲海峡。
六、能源转型中的角色
优势：
- 低碳替代：燃烧排放CO₂比煤少45-55%，是淘汰煤炭的过渡能源。
- 灵活性：配合风电/光伏调峰（燃气电厂启动仅10分钟）。
争议：
- 甲烷逃逸：开采泄漏的甲烷温室效应为CO₂的84倍（20年尺度）。
- 锁定效应：大规模基建或延缓零碳能源部署。
七、未来挑战与发展
- 技术前沿：
- 碳捕集封存（CCS）降低排放
- 蓝氢制备（天然气制氢+CCS）
- 地缘博弈：
- 欧洲能源脱俄转向LNG
- 亚洲需求增长（中国、印度占2030新增消费60%）
- 绿色天然气：生物甲烷（垃圾填埋气/农业废弃物）与合成甲烷（绿电制氢+CO₂）
关键数据：全球天然气消费量4.04万亿m³（2023），预计2040年增至5.3万亿m³（IEA）。
结语
天然气作为“过渡性支柱能源”，其地质形成跨越百万年，而技术革命（页岩气、LNG）仅用20年重塑全球能源格局。理解其全产业链逻辑，对把握能源安全与碳中和路径至关重要。未来十年，决定其命运的将不仅是地缘博弈，更是甲烷控排技术能否取得突破。
