在成煤过程中，随着煤层埋藏深度的增加，地温逐渐升高，微生物活动渐趋停止，煤化作用因温度和压力的增高而增强，在褐煤转化为烟煤、无烟煤的同时，温度促使煤有机物热解，经物理化学反应而析出甲烷、二氧化碳、水和少量重烃。这样生成的煤成气称为热成因气。

热成因气是沉积有机质经物理地球化学作用“煤化或演化”的结果，其形成可从泥炭阶段延续至无烟煤阶段。煤的有机质在其煤化或演化的各个阶段中，都可通过热降解作用和热裂解作用生气，但各阶段的生气机理和生气成分不尽相同，即热成因气的生成与沉积有机质演化阶段的成熟度或煤化作用程度的阶段有关。

早期热成因气产生于煤变质作用初期，相当于有机质演化的成熟阶段的低端随着埋深的增加和地温梯度的增高，煤层经受的温度和压力随之增加，煤发生热演化和变质作用。在煤变质作用之初，煤有机质的芳构化程度较低、有大量带侧链的官能团，由于受热发生降解作用，侧链或官能团断裂，生成重烃分子和CH4、CO2、H2O等小分子，同时煤有机大分子的芳构化程度提高，CO2被水溶解带走或被进一步还原为CH4，从而形成以甲烷为主要成分的煤成气。

晚期热成因气产生于煤变质作用的大部分时期，相当于烃源岩演化的成熟阶段的高端、高成熟阶段(和过成熟阶段。在煤成烃的有机质演化成熟阶段，热成因气的生成是煤有机质早期热降解作用的继续，并达到热降解速率的高峰，生成的气体中CH4的比例急剧升高、CO2的比例急剧下降，并有大量重烃气和液态烃的生成；在煤成烃的有机质演化高成熟阶段，热成因气以热降解生气为主，但热降解作用呈减弱趋势，热裂解作用逐渐增强，生气大部分源于煤分子侧链或官能团的脱落，一部分来源于已生成或正在生成的液态烃或重烃气的热裂解；在煤成烃的有机质演化过成熟阶段，热成因气以裂解作用生气成为主导，当Ro,max>2．5%以后，全部为热裂解成因生气。热成因气主要源于已生成的液态烃或重烃气的热裂解，部分源于煤分子或重烃分子侧链的脱落。

煤成气生成后主要赋存于含煤沉积的各类储层中，亦可运移到非煤系储层中。根据煤成气储存体岩石的性质、运移特征、聚散性和工业意义等，可按其赋存状态将煤成气划分为煤层气和煤出气两大类。

1、煤层气

煤层气是指储存在煤层的微孔隙和裂隙中的，基本上未运移出生气源岩煤体的煤成气。煤层气生于煤层，并不需要初次运移，或基本未运移出生气源岩煤层，是储集于煤层内的煤成气，属典型的自生自储式的非常规天然气藏。

由于煤层较致密，透气性差，吸附性强，储集在其中的煤成气大部分以吸附状态被吸附在裂隙的表面和煤层的微孔隙内，通常不易解析出来。有时有少部分煤成气的气体分子往返运动于煤层的内生和外生裂隙内，呈游离状态储集在煤层中，甚至可聚集成瓦斯包，造成采煤中的瓦斯突出灾害。煤层气在适当的地质条件下亦可形成工业性气藏，是现在能源勘查、开发的主要对象。

2、煤出气

煤出气是指从生气源岩（煤层、炭质泥岩、泥岩）中扩散、运移出来的那部分煤成气。煤出气占煤成气的绝大部分，据其聚散性可细分为聚煤气和散煤气。

聚煤气是聚集的煤成气的简称，指从生气源岩中运移出来且聚集储存于其他储层（如砂岩、砾岩、灰岩）中的那部分煤出气。聚煤气在煤出气中只占很少一部分，但可以聚集起来成为有工业价值的煤成气藏，是以往天然气勘探和开发的主要气藏。散煤气则是指从生气源岩中运移出来的、以游离状态或溶解于地下水里而分散储存在生气源岩以外的围岩中的那部分煤出气。散煤气在煤出气中占绝大部分，但在目前的技术条件下还很难收集开采利用。