天然气水合物广泛分布于世界大陆边缘海底和极地冻土带,且埋藏浅、能量密度高,具有极高的资源价值,目前,海洋天然气水合物储层的地球物理勘探技术主要以地震波为主要手段,而水合物储层声学特性的研究可以为地震波勘探技术提供重要的理论指导和验证。为了模拟真实海底水合物成藏过程中水合物储层的声学响应特征,将气体运移考虑入模拟实验中,研究气体运移条件下含水合物沉积物的声学特性,并使用高精度CT技术研究孔隙水和甲烷气泡随水合物生成过程中的空间占比和水合物的微观赋存模式变化,将有助于对声学实验结果进行解释分析,并对含水合物沉积体系的声学特征研究和声波速度模型的建立起重要作用。通过控制不同甲烷通量,模拟甲烷水合物在沉积物中的生成实验,通过多轮次实验,模拟低通量和高通量甲烷运移对沉积物中水合物形成及其声学特性影响。实验中使用弯曲元技术实时获取含水合物沉积物的纵横波速数据,并通过时域反射技术测量水合物饱和度变化,通过所获数据研究不同甲烷通量下沉积物中水合物成核时间、饱和度和声速变化,并研究声波速度和水合物饱和度的关系,以及对声波速度模型进行验证。实现下部进气条件下沉积物中水合物微观分布研究,通过高精度X-CT探测技术,获取沉积物中随着水合物生成过程中的气水占比和水合物微观分布变化特征。通过获取的气水占比和声波速度数据,研究考虑甲烷气体影响下的声学速度模型。通过分析不同甲烷通量下水合物饱和度数据,发现高甲烷通量下,最终生成的水合物饱和度更高,但达到最高饱和度所需时间更长,低甲烷通量下,水合物成核速度更快,且高甲烷通量下水合物的饱和度增加速率大于低甲烷通量。对获取的水合物饱和度和声速数据研究发现,含水合物沉积物的纵横波声速增加速率随水合物饱和度的增加呈现出由快变慢再变快的趋势,并验证了不同声速模型在流体通量体系下的适应性:STPE＞BGTL＞WE＞EMT。对微观观测实验数据分析,结果表明,水合物生成初期主要以接触模式为主,生成中期以悬浮模式为主,后期以接触和胶结模式为主。在水合物生成过程中,甲烷气占比基本不变,孔隙水含量随着水合物饱和度的增加而减少。在考虑气体对声波速度的影响下,对STPE理论方程改进,并验证考虑气体的EMT-B模型和改进的STPE理论方程,结果发现改进后的STPE理论方程计算的纵横波结果同实验结果具有很好的一致性,EMT-B模型计算的横波速度大于实测值,纵波速度吻合程度较好。