20世纪60年代以来，人们在海底和永久冻土区发现了一种可以直接燃烧的固体物质，这种物质俗称“可燃冰”，在地质上称为天然气水合物，它是由以甲烷为主的烃类气体与水作用生成的一种非化学计量的、外观似冰的笼形包合物。　　 据保守估计，全球天然气水合物中的有机碳总量是现有地球化石燃料总碳量的2倍多。然而，如果水合物开采不当，则可能引发严重的海洋地质灾害，并加剧全球温室效应。人类文明对清洁能源的渴望促使人们对天然气水合物资源的开发、水合物对环境和气候的可能影响、相关的水合物利用技术都给予高度关注，上述工作的开展必须建立在对水合物分解动力学充分认识的基础上。　　 本文着重于采用分子动力学的方法探讨结构I型甲烷水合物晶体的分解及自保护效应的过程和机理。　　 探讨了结构I型甲烷水合物晶体结构失稳的微观特征，并提出了一系列MD模拟中甲烷水合物结构失稳的评价指标，这对水合物形成和分解过程的研究具有重要的参考价值。同时考察了不同晶穴占有率对结构I型甲烷水合物稳定性的影响，研究结果表明，晶穴占有率越高，水合物的稳定能力越强。　　 考察了结构I型甲烷水合物的主相分解过程，并探讨了水合物主相分解的可能机理。认为甲烷水合物的主相分解过程分为两步：第一步是主体分子(H2O分子)的扩散，由此造成晶格的扭曲变形，进而导致晶穴发生破裂。第二步是CH4分子的扩散，CH4分子从破碎的晶穴中逃逸出来，并逐渐发生聚集。其中，第一步为水合物分解过程的控制步骤。该机理描述在分子水平上佐证了Kim等人的假说。　　 考察了不同温度下气-固相界面处甲烷水合物的分解过程，对水合物自保护效应的产生机理提出了新观点。研究发现，在甲烷水合物的分解过程中，水合物表面将形成一层“准液膜”，准液膜的存在对H2O分子和CH4分子的法向扩散形成传质阻力，抑制了CH4分子向气相的扩散过程，致使水合物的分解速率随之降低，从而产生自保护效应。当温度低于水的冰点时，准液膜中H2O分子的“似晶”程度较高，水合物的自保护效应较明显。当温度高于水的冰点时，自保护效应明显减弱。