天然气水合物是一种在低温高压条件下形成和保持稳定的冰晶状化合物,主要分布于大陆边缘水深超过300 m的海底沉积物中。海平面波动、海底升温、沉积作用以及构造活动和人类工程活动等都会导致海底温压条件的改变,从而引起水合物分解。水合物分解释放出的大量甲烷气体会造成全球气候变暖,进入海水的甲烷会引起海水酸化和海洋生态灾害,而大范围的水合物分解还会在地层内引起慢滑移和海底滑坡。其中海底滑坡是最主要的海底地质灾害之一,能够造成海上工程设施毁坏、引发海啸,危害巨大。因此水合物分解及其分解所导致的海底滑坡触发机理也成为了研究热点。为了更好的研究水合物分解动态过程,本文在现有的研究基础上提出水合物稳定带底界和超压耦合模型,同时结合海平面和海底温度动态变化来获得水合物稳定带底界和超压动态演化。稳定带底界模型同时考虑热传导和前期水合物分解所产生的超压对底界深度的影响,并且将全球相对海平面记录和古海底温度记录应用于实际温压计算中。超压模型使用水合物稳定带底界移动速率与饱和度参与计算,在稳定带底界上移速率较小时,水合物饱和度对超压的影响很小,稳定带底界上移速率对超压起主要控制作用;在稳定带底界移动速率较大时,水合物饱和度的变化对超压影响较大。将模型应用于南海、新西兰Hikurangi陆缘和Storegga三个典型水合物区,得到最近26 ka的稳定带底界和超压动态变化历史。南海最近25 ka的稳定带底界变浅约20 m,底界上移速率高值可达到2.4-3.2 m/ka,对应超压为200-270 k Pa;新西兰Hikurangi陆缘主要为水合物生成阶段,稳定带底界不断下移,19 ka的时间里只有5 ka发生水合物分解,并在26-22 ka BP达到146 k Pa的最大超压;Storegga地区经历了短时间内的快速升温,温度显著控制了水合物的发育过程,最大底界上移速率可以达到21 m/ka,超压为150 k Pa,最近12 ka的稳定带底界变浅了百米左右。模拟结果显示三个地区在10 ka BP稳定带底界同步变浅,并且达到了各自地区超压高值。显然新仙女木期结束后的底界延迟升温是导致三个地区水合物同步分解的重要原因。由于地质条件的差异,三个水合物体系影响超压的主要因素各不相同,南海高超压的形成原因可能是极高的水合物饱和度和相对较高的水合物分解速率,Storegga的高超压受到底水快速升温导致的高水合物分解速率的显著控制,新西兰各条件平均形成的超压较其他两个地区小。三个典型水合物区均存在大量的地质和地震数据资料表明在模拟的超压高值时期出现了大范围的水合物分解事件。将水合物稳定带底界与超压耦合模型与地层稳定性评估结合,用于东北太平洋Cascadia陆缘14-9 ka BP期间发生的Orca滑坡形成过程的研究。研究表明最近的0.55 ka BP模拟计算的稳定带底界深度为272.3 mbsf,与U1326站位钻探确定的现今稳定带底界深度吻合较好。饱和度为0.056和0.4的水合物分解引起的底界深度差距不超过0.9 m,说明沉积层中不均一的水合物发育情况对稳定带底界影响不大。在最近18 ka海平面逐渐上升的大背景下,在18-14 ka BP期间底水温度升高引起其后的天然气水合物稳定带底界快速上移,并在13.7 ka BP达到1.18 m/ka的底界上移速率高值,此时Orca地区稳定带粗颗粒层内的高饱和度天然气水合物发生分解,产生114 k Pa的流体超压,使地层安全系数显著小于1,触发海底滑坡。因此,海底温度升高引起高饱和度天然气水合物分解可能是东北太平洋Cascadia陆缘Orca海底滑坡的主要触发因素。本文结合海平面和海底温度变化建立了稳定带底界和超压耦合模型并全面刻画了水合物稳定带底界及超压发展过程,为水合物动态变化研究提供了模型基础。并进一步结合地层稳定性评估分析了海底地层稳定性的动态演化,丰富了与水合物分解相关的海底滑坡触发机理,为更多海底滑坡研究提供了理论支持。