天然气在全球能源体系中扮演着不可或缺的角色。深入理解天然气的形成与演化机制，对天然气的有效勘探与开发具有重要的理论意义。天然气的同位素组成能反映其成因、热成熟度及次生变化规律，是天然气地球化学研究的核心问题。天然气系统中，同位素的动力学分馏与平衡分馏均已被广泛报道。然而，何种分馏机制控制了原始天然气的同位素组成仍存较大争议。煤层气作为自生自储型天然气，是研究这一关键科学问题的理想对象。
针对该科学问题，中国科学院广州地球化学研究所博士后陈祥瑞与合作导师王云鹏研究员，联合北京师范大学陶明信教授、英国兰卡斯特大学周铮及中石化重庆页岩气公司的魏猛工程师，对贵州珠藏向斜织金煤层气田的气、水、煤开展了系统的同位素地球化学研究，取得如下新认识。
（1）珠藏向斜煤层气属于过成熟热成因气，主要形成于燕山期，形成温度206℃-244℃；煤层水主要来源于大气降水。
（2）计算显示，煤储层中 CH4-C2H6-CO2-HCO3--H2O 体系处于碳、氢同位素非平衡状态（图 1）。 多方证据表明，原始生成的大部分CO2已溶解于煤层水形成了溶解无机碳（DIC），故煤层气伴生水中DIC的δ13C值接近原始CO2的δ13C值。据此计算显示，煤层气形成时，CH4-CO2很可能处于碳同位素平衡状态（图 1）。进一步研究表明，煤层气形成时 CH4-C2H6-CO2 体系处于碳同位素平衡状态。
（3）珠藏煤层气样品中普遍存在δ13CCH4> δ13CC2H6的反序现象（图 2），这在煤层气领域非常罕见。多方证据显示，煤层气形成后，δ13CCH4值并未发生明显的变化，但δ13CC2H6值却显著降低，导致了δ13CCH4 >δ13CC2H6。本文推测，煤层气开采过程中，乙烷的解吸—扩散分馏很可能导致了其碳同位素值的降低，这可能是珠藏煤层气同位素反序形成的重要原因。
（4）估算出珠藏向斜煤层气中CO2与CH4的产率比，以及形成后CO2的溶解程度。本研究计算表明，原始煤层气中CO2的占比（XCO2/(XCO2+XCH4)）为22-37%，煤层气生成后，超过97%的CO2已溶解于煤层水形成了溶解无机碳。本团队早期的研究（Chen 等，2023）显示，微生物成因煤层气形成后，53–99 % 的CO2已溶解于煤层水形成了溶解无机碳，所以煤层气中CO2的含量很低。据此提出：地质时间尺度下，溶解封存是煤层及其他含水地层中CO2封存的重要机制。
