早期的天然氣地質(zhì)學(xué)一直依附于石油地質(zhì)學(xué)，屬于石油地質(zhì)學(xué)的一部分。隨著大量天然氣田的發(fā)現(xiàn)和對天然氣研究的不斷深入，人們認(rèn)識到天然氣在成因、成藏和分布規(guī)律等許多方面與石油都有重要差別。

　　1979年H.B.維索茨基出版的《天然氣地質(zhì)學(xué)》，標(biāo)志著天然氣地質(zhì)學(xué)成為一門獨(dú)立的學(xué)科。中國天然氣地質(zhì)學(xué)誕生于20世紀(jì)70年代末至80年代初，以1983年國家設(shè)立“煤成氣的開發(fā)研究”重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目為里程碑，開始加強(qiáng)天然氣地質(zhì)學(xué)研究。近20多年來，我國對天然氣成因、天然氣成藏以及天然氣分布規(guī)律的諸多問題開展了廣泛和深入的研究，取得了一大批高水平的研究成果。

　　1、天然氣成因理論天然氣成因理論是中國天然氣地質(zhì)學(xué)的核心。20世紀(jì)70年代末由德國引入我國并得到發(fā)展的煤成氣理論，將天然氣成因從“一元論”拓展到“二元論”，進(jìn)而發(fā)展到煤成氣、油型氣和無機(jī)成因氣的“多元論”，煤成氣理論指出煤系中的煤和黑色泥頁巖均是成氣物質(zhì)，煤系成烴作用以成氣為主、成油為輔。煤成氣理論為我國天然氣勘探開辟出一個(gè)新的領(lǐng)域。煤成氣比例在天然氣探明儲量中的比例逐年增大，截至2004年煤成氣探明儲量已占全國探明天然氣儲量的70%以上。

　　天然氣成因“多元論”的發(fā)展推動了天然氣成因鑒別與天然氣成因分類的研究，使之成為天然氣成因理論的重要構(gòu)成部分。烷烴氣碳同位素組成受控于天然氣的母質(zhì)類型和成熟度，無機(jī)成因氣碳同位素組成較有機(jī)成因氣的重，煤成氣碳同位素組成較油型氣的重，同一類型母質(zhì)形成的天然氣碳同位素組成隨其成熟度增加而變重。我國學(xué)者利用天然氣穩(wěn)定碳同位素、天然氣組分、輕烴、生物標(biāo)志化合物、稀有氣體同位素等一系列參數(shù)和指標(biāo)建立了一套比較完善的天然氣成因類型鑒別體系，進(jìn)而進(jìn)行了系統(tǒng)的天然氣成因類型的劃分。 

　　2、天然氣成藏理論天然氣藏的復(fù)雜成藏過程一直是天然氣地質(zhì)研究的難點(diǎn)和熱點(diǎn)。

　　近年來，隨著天然氣勘探和地質(zhì)綜合研究的不斷深入，提出了天然氣成藏動平衡理論、天然氣多期成藏、晚期成藏理論；建立了不同類型大中型氣田成藏模式；初步建立了成藏過程中天然氣聚散定量評價(jià)方法和成藏期次的確定方法。同時(shí)，在非常規(guī)天然氣藏(如深盆氣藏、煤層氣藏)形成機(jī)制的研究方面也取得了重要進(jìn)展。

　　1）天然氣運(yùn)聚動平衡理論

天然氣運(yùn)聚動平衡模型將天然氣由烴源巖中生成并排出、在運(yùn)載層中二次運(yùn)移、聚集、成藏后散失的過程描述為動態(tài)的連續(xù)過程。當(dāng)天然氣補(bǔ)充量大于散失量時(shí)，天然氣在氣藏中不斷富集；反之，圈閉中的天然氣不斷減少，乃至全部散失。氣源充注強(qiáng)度和時(shí)間以及封蓋保存條件是氣藏能否形成的重要因素（郝石生，1991，1994）。

　　2）天然氣封蓋機(jī)理

　　天然氣與石油不同的物理性質(zhì)決定了天然氣對儲層物性要求較低，而對蓋層和保存條件要求較高。李國平等(1996)從蓋層分類及特征、蓋層封閉機(jī)理、蓋層參數(shù)室內(nèi)測定(突破壓力、比表面及微孔分布、擴(kuò)散系數(shù)、吸附量、泥巖激光粒度)、測井、地震資料蓋層研究與預(yù)測等方面對天然氣蓋層進(jìn)行了全面系統(tǒng)的研究，形成了從微觀參數(shù)測試到宏觀預(yù)測、從定性研究到定量研究的富有特色的一整套蓋層研究方法。

　　研究認(rèn)為:蓋層的物性封閉能力與巖性有關(guān)，不同巖性的物性封閉能力明顯不同，處于不同成巖階段的泥質(zhì)巖其物性封閉能力不同，泥質(zhì)巖一般在晚成巖階段A亞期前后封閉能力最強(qiáng)。壓力封閉主要與欠壓實(shí)產(chǎn)生的異常低壓和由地層的水熱增壓、烴源巖大量排烴作用、蒙脫石脫水作用、大地構(gòu)造作用等引起異常超壓有關(guān);烴濃度封閉主要與蓋層是否是烴源巖和烴源巖的成熟度有關(guān)。

　　3）天然氣晚期成藏理論

　　天然氣晚期成藏理論基于天然氣成藏動平衡原理和氣藏的保存要求而提出，即天然氣藏的成藏期晚和現(xiàn)今仍有氣源供給是大中型氣田形成的關(guān)鍵。我國主要含油氣盆地被構(gòu)造運(yùn)動頻繁改造，天然氣藏一般經(jīng)歷多期成藏過程，而早期形成的氣藏受后期構(gòu)造運(yùn)動的改造和破壞難以保存，只有最后一期較晚成藏的氣藏才可能保存至今。

　　天然氣的晚期成藏由三個(gè)方面因素決定：一是新生代以來普遍經(jīng)歷烴源巖演化的生氣高峰期；二是新構(gòu)造運(yùn)動為天然氣成藏提供了大型的圈閉、運(yùn)移通道，利于天然氣晚期成藏；三是天然氣聚集越晚，散失量越少，越有利形成大氣田。

　　3）天然氣動力學(xué)理論

　　油氣的運(yùn)移、聚集和成藏，是在沉積盆地演化過程中，源巖生成的烴類在輸導(dǎo)格架和能量場（包括溫度場、壓力場和應(yīng)力場）共同控制下自然流動的過程。

　　成藏動力學(xué)是綜合利用地質(zhì)、地球物理、地球化學(xué)手段和計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)，在盆地演化歷史中和輸導(dǎo)格架下，通過能量場演化及其控制的化學(xué)動力學(xué)、流體動力學(xué)和運(yùn)動學(xué)過程分析，研究沉積盆地油氣形成、演化和運(yùn)移過程和聚集規(guī)律的綜合性學(xué)科。研究的基礎(chǔ)是盆地演化歷史和流體輸導(dǎo)格架，研究的核心是能量場（包括溫度場、壓力場、應(yīng)力場）演化及其控制的化學(xué)動力學(xué)和流體動力學(xué)過程。