天然气水合物是继煤、石油、天然气被发现后，又一被发现的可供人类长时间使用的重要能源，被公认为是未来最清洁且蕴藏量巨大的资源。永久冻土层是天然气水合物成藏的关键要素之一，所以对永久冻土层的深入研究成为开发利用天然气水合物一个非常重要的环节。本论文根据永久冻土在物理性质上表现出高电阻率、高波速等特征，通过应用地球物理勘探方法包括音频大地电磁法、高密度电法、地质雷达三种方法，开展对永久冻土的试验性研究。2009年我国在木里盆地成功钻获天然气水合物实物样品，初步调查研究结果显示，该区具备良好的天然气水合物成矿条件和找矿前景。所以此次以木里盆地为试验区，对比不同地球物理方法在勘探永久冻土层方面的优缺点，同时研究木里盆地试验区小范围内永久冻土的空间分布特征，为该区天然气水合物资源潜力评价提供依据，同时也为其他可能蕴藏天然气水合物的地区提供有利的参考。论文中结合木里盆地的地质背景以及木里盆地试验区的实测钻井资料，前期在室内先进行了论文所涉及的音频大地电磁法、高密度电法、地质雷达三种地球物理方法的正演模拟计算，为之后的数据处理及解释提供科学可靠的依据。通过在木里盆地试验区精细的野外勘探，得到最为准确的勘探数据，在此基础上后期通过合理的数据处理，得到了可信的地质解释，总结了三种地球物理方法在勘探永久冻土层方面各自的优缺点，得到了三种地球物理勘探方法的有效性评价，和一套较为完善的在高寒地区勘探永久冻土层的地球物理综合勘探方案，同时总结出了木里盆地试验区永久冻土层的顶埋藏深度，永久冻土层的厚度以及永久冻土层的空间分布特征。