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富甲烷海洋浅层沉积物中的生物地球化学过程可在沉积物中留下一系列地球化学记录，其中自生碳酸盐岩作为甲烷厌氧氧化过程中形成的典型的自生矿物，已发展成为天然气水合物的重要识别标志。硫酸盐还原后与沉积物中的活性铁结合形成的金属硫化物矿物，则可在沉积物中富集成重要的金属矿床。此外，甲烷厌氧氧化过程有效地阻止了海洋中的甲烷气体进入大气，对全球气候变化同样有显著影响。 南海北部陆坡是典型的水合物成藏区，多年的研究调查已在该地区发现了甲烷缺氧氧化生物标志物、金属硫化物矿物以及目前世界上最大的冷泉碳酸盐岩分布区—九龙甲烷礁等甲烷渗漏活动的重要标志，表明该地区沉积物孔隙水中甲烷厌氧反应比较活跃。2004年，SO-177航次开展南海北部陆坡主动大陆边缘水合物释放甲烷量及其对环境影响的研究调查，本研究采用SO-177航次在“海洋四号区”采集的沉积柱样，对沉积物和孔隙水样品进行地球化学分析，发现该地区沉积物中有机质含量极低，并含有少量自生碳酸盐岩及金属硫化物矿物，孔隙水中存在甲烷与硫化氢异常，表明该地区沉积物中有机质降解的产甲烷作用微弱，甲烷是孔隙水中消耗硫酸盐的主要成分。 根据地球化学分析结果，采用数值模拟方法，使用Mathematica建立“反应—运移”稳态模型，定量研究“海洋四号区”浅层沉积物中甲烷生物地球化学过程，确定甲烷厌氧氧化和自生碳酸盐形成等生物地球化学过程的反应参数。模拟结果表明，孔隙水中的甲烷主要来自深部甲烷源，从甲烷源逸出的甲烷以气泡方式向上运移，上升甲烷气泡在松软沉积物中留下运移通道，造成气泡淋滤现象，大大增加了海水与孔隙水、孔隙水与孔隙水之间的混合速率，使孔隙水中SO42-等溶质浓度在海底以下0～2.8m范围内保持不变。甲烷气泡在浓度梯度驱动下向孔隙水中溶解，溶解通量为160 mmol·m-2·a-1。溶解甲烷在微生物作用下与SO42-发生的甲烷厌氧氧化—硫酸盐还原的反应速率为140 mmol·m-2·a-1。甲烷溶解通量与甲烷厌氧氧化速率均远小于水合物脊等甲烷渗漏活动强烈地区，故推测研究区沉积物中甲烷源可能埋藏较深或者规模较小。深部甲烷源也有可能为规模较大的气藏或天然气水合物藏，但该深部气源处于休眠期，故释放出的甲烷气体较少。伴随着AOM过程发生的自生碳酸盐和金属硫化物矿物沉淀的速率都比较低(分别为35 mmol·m-2·a-1和70 mmol·m-2·a-1)，故在沉积物中只零星分布着少量自生碳酸盐矿物和金属硫化物矿物。灵敏度分析则表明，自生碳酸盐矿物的沉淀受到金属硫化物的影响，硫化物矿物的形成使孔隙水碱度降低，不利于自生碳酸盐沉淀。