天然气水合物是一种晶体结构中水分子包含大量甲烷的固态化合物,在冻土带、海洋沉积物和陆、海上钻井等出露。在应用地球物理学领域,天然气水合物及其下伏游离气的识别是焦点。海域天然气水合物及游离气的地震勘探研究涉及:水合物的赋存方式、天然气水合物和游离气对沉积层的弹性参数的影响等。本文从水合物的岩石物理学特征出发,正演天然气水合物和游离气层的地震响应,即天然气水合物层和游离气层界面的反射波振幅随入射角变化(AVA)形态以及在剖面上的特征,最后AVO反演获得地下的物性参数,以识别水合物和游离气。　　 天然气水合物赋存于严格的温压条件下,温度升高或压力降低都会分解,释放约一百六十倍于其体积的气体,可能造成滑坡、钻井偏离甚至平台坍塌等灾害；同时水合物具有低密度、低泊松比、高体积模量和剪切模量等特征,与常规的速度一密度关系不同。　　 使用地层饱和水、水合物或天然气时的弹性参数,代入Zoeppritz方程的精确解正演AVA曲线形态。为便于反演,方程精确解由vP2/vP1、vS2/vP2、vS1/vP1、ρ2/ρ1表达。以含天然气水合物地层项、底界面的AVO分析为基础,依次改变四个变量之一,分析其敏感性,为分步、分角度范围反演提供依据。　　 AVO反演是获得地层纵、横波速度、密度等弹性参数,有效识别天然气水合物和游离气层的方法之一。但多数AVO反演使用近似公式和小入射角度地震数据,且很少分离并提取密度信息。本文运用模拟退火法进行反演,合成数据试算检验后,用于Blake Ridge USGS95-1测线反演得到纵、横波速度、密度、泊松比、横纵波速度比、拉梅系数等。通过与含水合物和游离气层的多种弹性参数的理论规律对比,在反演结果的剖面上能有效的识别含天然气水合物区域和游离气层。