勘探实践揭示，四川盆地、阿巴拉契亚盆地及西加拿大盆地等深部高-过成熟（高演化）天然气藏中，甲烷碳同位素值（δ¹³C₁）异常偏重，重于其源岩干酪根及伴生固体沥青的碳同位素值(Qin, Li et al. 2018)。与此同时，此类天然气中甲烷氢同位素（δD）及伴生二氧化碳碳同位素（δ¹³C_CO₂）却异常偏轻。这些现象与传统认知的干酪根或原油热裂解成因气同位素分布特征及演化规律相悖。根据经典有机生烃理论，干酪根热演化生烃是一个脱氢富碳的歧化反应过程，高演化干酪根H/C比低，往往小于0.8，而其主要生烃产物CH₄，H/C却高达4，因而氢元素的供给是制约深层-超深层残余有机质生烃的主要因素。水在沉积盆地中普遍存在，能够广泛加入生烃过程。深部高演化天然气的C、H同位素的同步异常，指示深层-超深层可能存在特殊的生烃过程——外部氢源（H₂O）和高演化有机质的有机-无机相互作用生烃过程。
沉积盆地深层-超深层处于较高压力条件下的无氧环境，水与围岩矿物相相互作用发生歧化反应，生成孔隙水中微量的溶解氢气，进而形成不同氧化还原性的流体，这将显著影响流体的反应活性。为了验证以上提出的有机-无机生烃过程，建立了双金囊+矿物氧化-还原缓冲对为核心的可控加氢热模拟实验方法，可以有效调控实验环境流体的氧化还原性，实现了对地层环境流体氧化还原剂性的仿真模拟实验。分别采用了磁铁矿-赤铁矿（MH）、镍-一氧化镍（NNO）、钴-一氧化钴（CCO）和钼-三氧化钼（MoMoO₃）等四种矿物氧化-还原缓冲对，开展了系统性的加氢生烃模拟实验。在给定温度条件下，这四种氧化-还原缓冲对控制的流体氢逸度依次增高，其中前三种控制的流体氢逸度与沉积盆地和断裂带常见氢逸度分布范围相当，而MoMoO₃控制的流体氢逸度则代表了深部富氢流体和富氢气藏中（>10%H₂）的氢逸度。
实验结果表明：有机-无机生烃产率随流体还原性增强而显著提高；所产天然气为干燥系数（C₁/C₁₊）大于98%的干气，其组成特征与盆地深部高演化天然气一致；δ¹³C₁随流体还原性增强而变轻，其演化趋势与δ¹³C_CO₂相反；在沉积盆地常见的低还原性流体条件下，所生成甲烷的δ¹³C₁重于残余干酪根的δ¹³C值。
虽然初步实验未测定甲烷氢同位素（δD），但依据同位素分馏原理推断，其值必然受参与反应的水（或其他含氢流体）的氢同位素组成控制，从而表现出与常规热成因甲烷不同的δD特征。因此，深部高演化天然气中甲烷的异常同位素特征（重δ¹³C₁、轻δD），很可能是有机-无机相互作用生烃反应产物的关键标志。该认识对于准确识别高演化天然气的成因机制以及科学评估高-过成熟烃源岩的生烃潜力具有重要的启示意义。
 

深层-超深层；高演化天然气；同位素异常；生烃热模拟；有机-无机相互作用