天然气水合物作为未来潜在的可持续开发矿产资源,由于燃烧后清洁无污染,在自然界中储存量巨大,相关研究人员认为是最具有开采利用价值的新兴能源。自然界中天然气水合物多存在于海底沉积物中,海底区域存在取芯难度大、过程复杂、取芯造价高等特点,本文通过SHW-3型水合物岩样声电力学测试装置人工合成天然气水合物沉积物并进行实验研究。本文通过使用SHW-3型水合物岩样声电力学测试装置,开展了一系列天然气水合物沉积物的合成实验研究。研究内容包括:单一种类砂颗粒粒径影响实验研究、混合粒径砂组分占比影响实验研究、混合种类砂颗粒粒径影响实验研究。首先结合水合物合成机理与特性提供了一种在松散状多孔介质中天然气水合物沉积物孔隙饱和度的计算方法,然后采用声电技术研究了沉积物颗粒粒径变化以及不同沉积物颗粒混合对天然气水合物沉积物合成实验中声、电、力学等物性参数的影响,最后对物性参数变化规律进行分析总结,结合天然气水合物合成机理与岩石力学相关理论给出了物性参数变化的机理及原因。研究结果表明:(1)在本文的22组实验中,对于单一砂合成的天然气水合物沉积物,合成结束后横波波速、纵波波束以及电阻阻值均随着砂目数的增加而增加。随着天然气水合物沉积物合成砂目数的增大,其抵抗压缩变形的能力逐渐增强,胶结程度逐渐增大,杨氏模量与体积模量也呈增大趋势。相同目数时,棕刚玉样品抵抗压缩变形的能力比石英砂强,动态泊松比经对比分析后无明显规律。(2)通过混合目数砂合成天然气水合物沉积物样品后,其声波波速、体积模量、杨氏模量以及电阻阻值更接近于目数较高单一砂的合成样品。天然气水合物沉积物抵抗压缩变形的能力随着合成砂中高目数砂含量的增加逐渐增强。(3)将相同目数的棕刚玉与石英砂混合进行天然气水合物沉积物合成实验,通过对比实验数据可以得出:纯砂混合砂样品纵波波速明显更接近于石英砂样品,合成后混合砂样品纵波波速介于石英砂与棕刚玉单一砂样品之间。合成后天然气水合物沉积物杨氏模量、体积模量更接近于石英砂合成样品。(4)单一砂合成天然气水合物沉积物且合成砂的目数大于200目时,水合物在沉积物中合成时间有大幅度缩短现象,合成时间可缩短至30～46min。采用不同目数砂混合合成天然气水合物沉积物且较高目数砂达到一定占比时,对水合物合成的促进作用大于单一目数砂,合成时间可缩短至18～25min。