天然气成因主要分为生物成因、热成因及无机成因三大类，其演化过程受地质温度与深度严格控制。

1. 生物成因气： 发生在埋藏浅、温度低（<65°C）的早期阶段。产甲烷菌通过还原二氧化碳或醋酸发酵分解有机质，产生的气体以甲烷为主，碳同位素极轻（13C1 常低于 -60‰）。

2. 热成因气： 随埋藏加深，干酪根在高温下发生热降解。

• 伴生气： 处于“油窗”期，随原油一同产出，含有较多乙烷、丙烷等重烃（湿气）。

• 不伴生气（干气）： 处于过成熟阶段（>150°C），原油或干酪根发生二次裂解，产物几乎全是甲烷。

3. 次生变化与倒转效应： 在极高成熟度的页岩气区，由于高能化学键断裂及纳米孔隙中的瑞利分馏，会出现碳同位素“倒转”现象（即13C1 >13C2），这常作为判别过成熟演化的标志。

4. 无机成因气： 来源于深部地幔或地壳内部。通过费托合成等无机化学反应生成，其碳同位素分布通常遵循与生物化学截然不同的线性规律。