利用美国菲尼根公司的MAT-253和MAT-252质谱仪测定反应前和反应后溶液中的δD和δ18O值进行了。对溶液中氘同位素(δD)的分析采用的是最新的金属铬法，反应温度高达800℃。采用二氧化碳-水相平衡法对溶液中氧同位素(δ18O)进行分析。δ18O和δD的测定精度分别为±0.1‰和±1‰。
氢、氧同位素分馏系数的计算
引用了Maekawa(2004)的计算方程式来计算甲烷水合物与海水之间氢、氧同位素的分馏系数αO和αH。Maekawa(2004)认为在天然气水合物的形成过程中，存在两种分馏方式即间歇分馏方式(Batch-typefractionation)和瑞利分馏方式(Rayleigh-typefractionation)。根据天然气水合物生成前后溶液中的氢、氧同位素比值和Cl-离子浓度的变化，以及反应中甲烷气体的消耗量等参数，可以求得氢、氧同位素的分馏系数αO和αH。
在间歇分馏的情况下，假设所有的水合物晶体都与溶液达到同位素平衡，那么其分馏系数可由下式计算:
岩石矿物分析第四分册资源与环境调查分析技术
式中:δ为反应后溶液中的同位素组成，‰;δ0为反应前溶液中的同位素组成，‰;α为同位素分馏系数;f为反应后溶液相对于反应前溶液的水分子比率，它反应了水合物生成的多少。
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式中:N0为反应前溶液中水物质的量，mol;NL为反应后溶液中水物质的量，mol;NGH为水合物中水物质的量，mol。
在瑞利分馏的情况下，假设仅有水合物晶体的表层与溶液达到同位素平衡，这时水合物的氢、氧同位素比值较低，那么其分馏系数可由下式计算:
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在以上方程式中参数f是不能直接用N0、NL和NGH求算的。可分别利用反应中消耗的气体量与Cl-离子浓度的变化来计算f值，由此计算的f值分别表示为fp和fc。
由于在水合物生成时，气体分子被捕获并进入水分子的空间骨架中，从而导致反应釜中气体压力的降低。由水合物生成前后气体压力的变化量可以计算出生成的水合物消耗的气体分子的数量NG(式75.11)，由于甲烷气体在水中的溶解度非常低，且只有50mL的反应溶液，故溶解于溶液中的那部分气体量可以忽略。再根据甲烷水合物的理论水合指数就可计算出水合物中水分子的数量NGH(式75.12)。式(75.13)为反应前海水溶液中的水分子数。
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将式(75.11)～(75.13)代入式(75.9)中可求得fp的表达式为
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式中:Δp为反应前后气体压力的变化量，Pa;V为气体体积，m3;T为反应温度，K;R为摩尔气体常数，J/mol·K;n为水合系数，5.75;NG为水合物中气体分子物质的量，mol;ρ为海水密度，g/m3。
这种方法计算出的fp值是f值的最大值，这是因为式(75.12)中的水合指数n取的是Ⅰ型水合物的理论水合指数5.75，它表示水合物中所有的水分子空穴都被气体分子占据;事实并非如此，所有已发现和合成的水合物中的空穴都没有被完全充满(Uchida等，1999);所以5.75小于实际n值，用它计算出来的fp值最大。
水合物的生成是一个排盐的过程，将反应液中的盐分排入周围的溶液中，从而使残余溶液中的Cl-离子浓度大量增加，假设水合物晶体中不含盐，则可通过公式(75.15)计算fc值:
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式中:C0为反应前溶液的质量浓度，mg/L;C为反应后溶液的质量浓度，mg/L。
由于液体包裹体被水合物的诱捕，反应后的Cl-离子浓度将比形成水合物产生的排盐作用所导致的Cl-离子浓度大。因此，由此方法计算的fc值是f值的最小值。由此可见，通过以上两种方法的计算fp与fc值是两个极限值，则f值被限定在fp与fc之间，即fp>f>fc(陈敏等，2005)。
