在传统油气资源逐渐枯竭的当下,天然气水合物作为一种清洁高效的未来能源日益受到世界各国重视,以低温高压为形成条件的天然气水合物在自然界中主要赋存于陆域永久冻土带和海域深海沉积物中。海底天然气水合物分布广泛,然而已有的钻探结果显示海底天然气水合物无论是平面上还是垂向上均呈现出明显的不均匀分布特征,以“运”—流体运移条件和“聚”—沉积层储集条件为代表的水合物成藏要素控制着海底水合物的形成与富集成藏过程。明确不同运聚条件下海底水合物的形成机理和富集规律对寻找高储量、可开采水合物藏的赋存位置具有重要的理论和实际意义。本文以南海北部典型天然气水合物前景区—白云凹陷为研究区,围绕“海底天然气水合物在不同运聚条件的成藏过程”核心问题,采用理论分析与数值模拟相结合的技术方法,探究了储层孔渗条件、地层倾角条件、海底面起伏以及构造通道类型等对海底沉积层中甲烷气体运移、水合物形成与分布的影响,分析了研究区水合物差异性分布的控制因素,提出了高饱和度水合物富集所需的运聚条件,并结合实际资料进行了研究区水合物优势赋存区的预测,研究成果可对我国南海海域天然气水合物勘探及开采工作提供理论参考依据。本次研究主要得出如下结论:（1）储层孔渗非均质性会影响局部水合物温压稳定条件、储集空间以及气体在稳定带内的运移,进而控制水合物形成与分布。结合白云凹陷沉积物中局部有孔虫丰度较高及细粒浊积体不均匀分布的特点,模拟分析了不同孔渗条件（均质、层状非均质、空间非均质）储层对于水合物成藏的影响。研究结果显示储层孔渗非均质性会促进甲烷气体的侧向运移,部分区域气体会出现“绕行”现象,在渗透率高的区域流体运移速率大,甲烷气体饱和度也相对较高,促进了高饱和度水合物的形成。非均质的孔隙度增加了甲烷气与孔隙水的接触面积,提升水合物的生成量。在本次模型中,空间非均质模型相较均质模型甲烷侧向运移距离提升了约28%,水合物累计生成量提升了约16.5%。特别地,当水合物储层呈现为泥砂互层结构时,形成的水合物也会出现较为明显的分层现象,高渗层内水合物饱和度较高,横向展布范围会有一定增加。（2）地层倾角与海底地形的起伏变化会影响海底沉积层中甲烷的侧向运移过程和水合物稳定带分布,进而控制水合物藏的横向展布及厚度。结合白云凹陷陆坡迁移峡谷沉积体系多倾斜地层与海底起伏变化的特点,模拟分析不同倾角（0°,5°,10°,15°）的地层中含气流体运移和水合物形成与富集过程。研究结果显示在倾斜地层上部由于相对较好的气体供给条件和温压稳定条件,水合物饱和度、厚度和侧向展布范围要大于倾斜地层下部。倾角越大,倾斜两侧的水合物饱和度及分布差异越大,水合物藏的非均质性也越强。倾角一定时,地层渗透率与甲烷渗漏速率越大,非均质性越明显。在本次模型中,倾角为15°时相比水平地层在倾斜上部甲烷运移量提升了约23.5%,倾斜下部运移量减少了约18.1%,水合物累计生成量降低了约7.0%,地层倾角对倾斜下部水合物形成的抑制作用要强于对倾斜上部水合物形成的促进作用。同时初步探究了不同起伏地形中水合物的形成与分布规律。在海底面出现下切构造位置,水合物稳定带底界会发生下移,部分水合物沿下切构造侧壁分布,海底面下切深度越大,气体侧向运移和水合物形成的阻碍越大。在海底面出现隆起构造位置,水合物稳定带底界会发生抬升,在浅层气体主要沿隆起侧壁运移,形成与隆起的海底面近似平行的水合物藏。特别地,当隆起构造两侧出现差异性的沉积-侵蚀作用时,沉积作用较强的一侧的更适宜气体侧向运移与水合物形成。（3）典型构造通道（气烟囱、泥底辟和断层）是含气流体运移的良好通道,不同类型构造通道中的流体运移特征不同,形成的水合物藏空间分布特征也不同。结合白云凹陷海底断层、气烟囱、泥底辟等构造通道发育的特点,通过对不同构造通道的刻画,模拟分析了不同构造通道对水合物形成、聚集及空间分布的影响。研究结果显示:在气烟囱上部易形成水平展布的层状高饱和度水合物;在泥底辟构造中,内部超压潜能使得高温流体与甲烷气体一同向上运移,形成具有穹隆状水合物藏,在部分层位水合物平面形态呈环形;区域大尺度断层切穿厚度大,有可能沟通底部烃源岩和浅部水合物稳定带,会促进深部气体向上运输。浅部小断层因为其分布位置和切穿层位的不同,对气体运移和水合物成藏影响也不同,侧翼的低角度断层会促进气体的侧向运移,浅部高角度断层沟通垂向气体通道与水合物稳定带时,会促进高饱和度水合物的形成,沟通垂向气体通道与海底面时则会增加气体向海底泄露的风险。（4）基于白云凹陷某区块实际场地数据构建三维地质模型,综合考虑不同成藏要素的时空耦合配置关系,模拟预测了水合物赋存区位置及其水合物饱和度,并量化分析了不同成因气体对水合物藏的贡献。基于对白云凹陷水合物差异性分布原因的分析,模拟了研究区水合物形成与富集过程,刻画了研究区内水合物的空间分布与饱和度,对水合物优势赋存区进行预测。模拟结果显示:研究区水合物生成量估算为2.90×1012kg,气源类型为生物成因（38.6%）和热成因（61.4%）混合气,以热成因气为主。当优质的储集条件（相对粗粒沉积物区域）与良好的流体运移条件（气烟囱、断层等构造通道）在空间上能较好的耦合时,容易形成高饱和度的水合物藏。最终确定研究区迁移峡谷末端海底扇区、海底峡谷脊部隆起区以及部分沟源断层上部,同时具备相对高孔渗条件的区域为高饱和度水合物藏潜力区带。