天然气水合物是由碳氢化合物与水在低温高压条件下形成的，主要分布在海洋大陆斜坡和永久冻土带的地层中，被认为是21世纪的清洁能源。地质研究表明：我国南海海域也广泛分布天然气水合物，本文研究目的是为天然气水合物在南中国海的存在提供准确可靠的地球物理证据，并研究其在地层中的空间展布。 论文首先从地质上讨论了天然气水合物在南中国海存在的可能性，并分析了天然气水合物的地球物理响应特征和BSR形成机理，然后研究了可能含天然气水合物地层的地震成像问题，提出针对性的多道地震数据成像的关键步骤及技术，突出了含天然气水合物地层具有的地球物理反射特征——似海底反射(BSR)、空白带等，首次从地球物理证据上定性预测了天然气水合物的存在。 为了进一步定量研究天然气水合物的特征，本文采用基于AVO理论的叠前地震反演，利用反演的AVO属性和三参数岩性参数变化量，进一步证实了异常的存在。同时，我们还发现叠前时间偏移处理所建立的速度场异常也能间接证明天然气水合物的存在。此外，论文还研究了叠后地震数据的属性反演和波阻抗反演，得到可能含天然气水合物地层的速度模型以及其在地层的分布，为天然气水合物的识别提供了更精确的证据。 根据叠前叠后反演结果，首次明确了本区天然气水合物的形成和BSR的发育属于第二种模式，即天然气水合物主要聚集在BSR附近的地层中，呈层状分布。文中提出的以地震数据成像、叠前反演、叠后反演为核心的研究思路和技术，有效解决了在南中国海识别天然物水合物的难点。