本发明提出了一种深海冷泉区膜生物反应器，用于模拟冷泉区甲烷厌氧氧化过程的生物膜生长过程和监测其环境条件的变换情况；本发明还提出一种深海冷泉区膜生物反应在线式环境参数测量系统，包括用于生成饱和甲烷流体并微流量地注入到深海冷泉区膜生物反应器中的流体供应单元；增压系统用于保证模拟过程系统内部环境压力稳定一致。本发明通过在反应器内构建膜生物组件，对AOM作用过程中的生物膜进行在线监测，并通过保压取样、测序分析，研究冷泉区甲烷厌氧氧化过程的生物膜生长特性及其环境条件影响，为正确认识深海甲烷厌氧氧化过程，及环境参数测量提供重要的研究与测试方法。