天然气水合物是一种在低温高压下以甲烷为主的天然气分子形成的白色冰晶状固体,主要分布在高纬度永久冻土带和大陆边缘海域。水合物是一种储量大,燃烧清洁,能量密度高的能源,每立方米可以释放出164 m³的甲烷和0.8 m³的水。估计全球水合物所蕴藏的天然气约0.2-120×10¹⁵m³。同时由于自然界水合物主要以甲烷气体为主,在环境发生改变时会分解释放出大量的甲烷等强温室气体,对全球气候和环境变化产生重要影响。因此,天然气水合物的调查研究吸引了各国的科学家研究,是最近几十年国际研究热点之一。目前国际上对水合物已进行了充分的调查研究,在研究过程中首先要需要确定天然气水合物能稳定存在的温压区域。在海底沉积层中满足一定热力学条件使天然气水合物能稳定存在的区域为天然气水合物稳定带,主要分布在水深大于500m的海底及海底之下的低温高压区域。天然气水合物稳定带的最深位置为天然气水合物稳定带底界,是天然气水合物稳定发育的底部。确定天然气水合物稳定带底界一直是天然气水合物调查研究的重要工作内容。水合物稳定带是海底以下特定的区域,稳定带海底天然气水合物的成矿作用和分布规律有着重大的影响,其深度决定了水合物的蕴藏量。稳定带的影响因素一般有地温梯度、水深、海底温度、孔隙流体、盐度和气体组分等。稳定带最深的地方就是稳定带底界,由于现实条件复杂,稳定带底界深度并不是很精确,因此准确计算稳定带底界是开展天然气水合物资源工作研究的前提。天然气水合物在低温高压及充足的甲烷供给条件下才能生成,在自然界中主要分布在永久冻土带和大陆边缘海域,如研究调查表明阿拉斯加北坡、加拿大麦肯齐三角洲、北美东海岸外陆缘、墨西哥湾、非洲大西洋边缘、北加利福利亚-俄勒冈滨外海、菲律宾海、南海海槽东部等,这些地方均发现了水合物存在的证据或取得了水合物样品。因此大洋环境一直被人们忽略,认为不是天然气水合物发育的理想海域,尽管大洋环境海底普遍满足水合物形成的温度、压力等热力学条件,但是缺乏天然气气源。随着深海调查研究的不断深入,大洋基性和超基性岩与水相互作用可发生蛇纹岩化作用产生甲烷等烃类气体,为大洋区海底形成水合物提供充足的气源供给。蛇纹岩化作用通常发生在缓慢扩张的洋中脊、俯冲带、大陆蛇绿岩系统等地质构造环境。为评估大洋蛇纹岩化无机成因甲烷水合物生成热力学条件及水合物稳定带分布特征,本文选取了3个不同地质环境的蛇纹岩化作用区,分别是俯冲带马里亚纳海沟弧前、超慢速扩张脊北大西洋Fram海峡和慢速扩张脊Lost City。利用实测的原位温度、水深、地温梯度等条件,结合甲烷水合-水-游离气三相平衡温压条件,计算了3个不同地质构造环境的蛇纹岩化发育的大洋区海底环境甲烷水合物发育的稳定带底界,并对其水合物发育潜力进行了评估。研究表明马里亚纳海沟弧前蛇纹岩泥火山和北大西洋Fram海峡超慢速扩张脊可能发育有甲烷水合物,大西洋Lost City喷口附近发育甲烷水合物可能性较小。然而随着进一步研究表明洋壳广泛的蛇纹岩化作用不仅有甲烷生成,还产生大量的氢气。因此在计算蛇纹岩化作用区水合物稳定带底界时需要考虑氢气,氢气的存在会影响生成水合物的热力学条件,从而影响在蛇纹岩泥火山沉积物中的发育特征。本文依马里亚纳海沟弧前蛇纹岩泥火山进行的IODP 366航次钻探资料,应用甲烷-氢气水合物的热力学模型,计算了马里亚纳海沟不同氢气含量的甲烷-氢气水合物稳定带分布特征深度,结果显示马里亚纳弧前区三个蛇纹岩泥火山IODP366航次1493、1497站位,生成甲烷-氢气水合物条件可能性极小,1491、1492、1496和1498可能具备甲烷-氢气水合物发育温压和气体成分,并且随着氢气比例越高,甲烷-氢气水合物稳定带底界越浅。