天然气成因判识是油气地球化学领域的重要科学问题,直接关系到常规非常规油气资源的勘探方向和深层/超深层天然气的资源潜力评估。随着天然气成藏环境的复杂性增加,单一指标的判识方法存在局限性,而多同位素体系的综合研究为区分不同类型成因天然气提供了更为精确的约束。本研究基于中国多个典型盆地(松辽、渤海湾、四川、鄂尔多斯、塔里木等)及温泉热液系统的天然气样品,系统分析了碳(δ¹³C)、氢(δD)及氦(³He/⁴He)同位素的分馏特征,探讨其在天然气成因研究中的应用价值。研究表明,无机成因天然气在碳氢同位素组成上呈现出显著的地球化学标识,包括较重的甲烷碳同位素(δ¹³C₁>–25‰)、反序排列的碳同位素分布模式(δ¹³C₁>δ¹³C₂>δ¹³C₃>δ¹³C₄)以及氦同位素富集特征(R/Ra>0.5),指示其深源成因及幔源挥发分贡献。相比之下,有机成因天然气的碳、氢同位素变化受烃源岩类型、热演化程度及成藏过程的影响,呈现正序排列(δ¹³C₁<δ¹³C₂<δ¹³C₃<δ¹³C₄),并表现出随成熟度增加而逐渐变重的趋势,但在某些条件下发生部分甚至完全倒转。此外,氢同位素的分布模式与主控因素的研究也为天然气成因研究提供了新的判识依据和手段。本研究基于碳氢氦同位素的耦合特征,进一步优化了传统的天然气成因判识图版,并提出在高演化阶段及混合气系统中需引入多维度同位素判识方法,以提升判识精度和适用性,也推动了对深层/超深层天然气成因模式的再认识。研究成果为天然气地球化学前沿研究提供了新的视角,对全球天然气资源评价及勘探战略具有重要的理论和实践意义。