地质流体是地球系统的重要组成部分，对其物理化学性质和演化的研究是地球化学中最具挑战性的问题之一。在通常的实验和理论或半经验研究之外，分子水平上的计算机模拟正成为定量研究流体在极端条件下的物理化学行为，从而揭示地球表面及内部地质流体性质和相互作用关系的重要工具。　　 在分别对纯水和纯甲烷体系势能模型的严格验证后，本硕士论文利用量子力学从头计算(ab initio)势能面拟合得到的甲烷-水分子间相互作用模型系统研究了H2O-CH4二元体系的物理化学性质。对纯甲烷1941个温度-体积-压力(PVT)实验数据点的验证表明，本次研究的分子动力学模拟结果和实验数据的平均相对偏差为0.96％，最大相对偏差不超过2.82％。二元体系的验证采用了519个实验点，模拟的温度-体积-压力-组成(PFTx)数据与实验的平均相对偏差为0.83％，最大相对偏差为4％，接近了高温高压实验测量的不确定度范围。此外，随着温度、压力的增加，模拟值和实验值之间的相对偏差表现出逐渐缩小的趋势，高温高压下模拟值的可靠性得以有效保持。　　 在验证了模拟方法和势能模型在宽广温度-压力范围的有效性之后，作者利用模拟手段得到H2O-CH4二元体系在673 K-2573 K，0.05 Gpa-10 GPa的PVTx数据。以此和已有的实验数据为基础，作者提出了覆盖673 K-2573 K，0.01 Gpa-10 Gpa的H2O-CH4二元体系超临界流体状态方程和达到773 K，600 Mpa的流体包裹体等容线。