含水合物的沉积物与波速等物理性质的关系对天然气水合物的勘探开发具有重要意义。天然气水合物广泛分布在冻土带区域和大陆边缘的海底沉积层,且在自然界的分布模式具有多样性。同时,在现有的天然气水合物开采技术中,可能面临着储层坍塌、失稳等环境灾害。针对这些问题,本文在实验室制备了多类型天然气水合物沉积物,并进行了其声学性质变化规律的实验模拟,同时从实现安全、高效的开采角度出发,提出了一种在冰点下开采天然气水合物和封存CO2的方法,并展开了相关的基础研究,其主要工作内容包括以下几个部分:（1）针对多类型天然气水合物的分布模式,本文利用储层温度的变化、水迁移的规律和水合物饱和度的分布规律制备了均质分布和非均质分布（包括分层分布）的天然水合物沉积物,并模拟了均质分布和非均质分布天然气水合物沉积物在声波性质的差异性表现。结果表明,根据P波振幅的变化规律,水合物生成过程可以分为未固结阶段和固结阶段。在相同的水合物饱和度下,均质分布和非均质分布的水合物沉积物的P波波速（VP）表现出明显的差异性。这种差异性在对分层分布的水合物沉积物性质模拟后得到了证实,对将来的天然气水合物发展给出了一定的指导意义。（2）针对自然界中天然气水合物不同的赋存形态,在实验室条件下制备了不同赋存形态（分散状、层状、块状等）的天然气水合物沉积物,并进一步模拟了不同形态分布模式的天然气水合物沉积物VP的变化规律。结果表明,对于不同初始水饱和度的分散状天然气水合物沉积物,最终水转化率和水合物饱和度随着初始水饱和的增加都呈上升趋势。水合物沉积物的VP与水合物饱和度不是单一的线性关系,同时受到沉积物孔隙中其他流体（水、气等）浓度和水合物分布形态的影响。（3）针对传统的水合物饱和度和VP的经验模型关系式适用范围的局限性,本文基于三相介质理论和四相介质理论对传统的经验模型进行了加权修正。同时提出了偏离因子的概念来修正水合物饱和度和VP关系的权重方程,使方程能够更好的适用于不同类型分布模式的天然气水合物沉积物。利用加权修正方程和偏离方程提出了一种天然气水合物饱和度的预测方法。（4）为了改善水合物储层的机械强度和防止可能发生的地质灾害,本文提出了一种在冰点下开采CH4水合物和封存CO2的新方法,使整个开采过程中可以维持优异的地层稳定性。本文进行了系列的实验模拟了冰点上和冰点下CH4水合物开采和CO2封存过程中地层刚性的变化规律。结果发现,在整个冰点下开采过程中,储层的刚性强度可以维持稳定,同时冰的存在和CO2水合物的生成可以进一步增强地层稳定性。但是与冰点上开采比较,冰点下水合物开采效率相对较低。（5）对冰点下天然气水合物开采效率低下的原因进行了理论分析,并提出气体吹扫方式来提高天然气水合物开采效率的方法。实验模拟了降压+CO2吹扫、降压+N2吹扫和N2吹扫等开采方式对冰点下开采效率的影响规律。结果表明,气体吹扫有利于提高冰点下天然气水合物的开采效率,惰性气体（N2）吹扫开采方法进一步提升了冰点下天然水合物开采效率。同时P波波速的变化规律表明,CO2吹扫开采有利于储层稳定性的增加,低压（1.0MPa）N2吹扫可以保持开采过程中的储层稳定性,高压（2.8MPa）N2吹扫开采会降低水合物储层的稳定性。