可控源电磁法(CSEM)经过几十年的发展,已成为地球物理勘探中最重要的方法之一,被广泛应用在海洋、陆地以及航空等多个领域,并在油气以及矿产资源的勘探中发挥着显著作用。近年来,海洋可控源电磁法(MCSEM)的迅速崛起,弥补了海洋地震勘探能够探测海底地质构造形态却不能够确定地质构造中是否含有油气或水合物的缺陷,成为海洋地震勘探一种非常重要的辅助手段。海洋可控源电磁法通过测量人工源在海底空间的电磁场,得到海底地层结构的电性差异,来识别高阻含油气层,从而可以提高勘探的成功率,减少钻探风险。聚焦源电磁法(FSEM)是基于可控源电磁法(CSEM)延伸发展而成。聚焦源电磁法利用“聚焦”原理,基于软件方法将可控源电磁场在垂直方向上聚焦,消除水平方向电流的影响,以提供更为详细的电阻率数据和深部储层响应,因此比常规的CSEM方法具有相对较高的空间分辨率和较大的探测深度。本文针对海底天然气水合物,开展聚焦电磁法(FSEM)异常响应理论分析,研究海洋聚焦电磁法的勘探原理以及数据处理流程,并开发相应的数据处理程序。根据发射机和接收机的几何分布,可将聚焦模式分为简单聚焦和复杂聚焦。针对两种不同模式的聚焦方式,分别设计一维模型和三维模型,进行电磁场的正演模拟,并对模型数据分别进行FSEM和CSEM有效异常响应提取。然后,分析电场响应随收发距和频率、水合物储层厚度、电阻率、埋深以及双水合物储层的变化关系。最后,通过陆地野外实验,进一步讨论聚焦装置的探测能力。通过对不同理论模型的正演结果分析表明,FSEM方法比常规的CSEM方法对地下异常更加敏感,对海底天然气水合物具有比较好的分辨力,并且对于浅海区的空气波具有明显的压制作用。本文理论研究初步证明,与常规海洋CSEM相比,海洋FSEM方法对于海底天然气水合物的探测具有更为明显的优势,为海底天然气水合物电磁探测提供方法选择。