如图7－31所示，已发现和推测的天然气水合物主要分布在北极地区的永久冻土区和世界范围内的海底、陆坡、陆基及海沟中。
(一)海洋中的分布
从墨西哥湾、北美Cascadia大陆边缘、黑海、里海、鄂霍次克海、日本海及大西洋南北海域海底10～30m的浅层沉积物岩心中均已采集到天然气水合物。在美国东南沿海布莱克海台、墨西哥湾、美国和加拿大Cascadia大陆边缘、中美洲海沟、秘鲁沿海、印度、中国、韩国、日本东西部沿海一带海底深处也采集到了天然气水合物。
近年来，越来越多的深海钻探计划一直致力于圈定海洋天然气水合物富集区和了解其成藏机理。最著名的计划是大洋钻探计划(ODP)和综合大洋钻探计划(IODP)，包括ODP164航次(Paull et al.，1996)和204航次(Trehuet et al.，2004)及IODP远征311(Riedel et al.，2006)。
图7－29全球总有机碳分布图 (网络:中国数字科技馆)
图7－30各种形式有机碳总量图(单位:×1012t) (网络:中国数字科技馆)
目前，世界已调查发现并圈定有天然气水合物的海域主要分布在西太平洋海域的白令海、鄂霍茨克海、千岛海沟、冲绳海槽、日本海、四国海槽、南海海槽、苏拉威西海、新西兰北岛;东太平洋海域的中美海槽、北加利福尼亚－俄勒冈滨外、秘鲁海槽;大西洋海域的美国东海岸外布莱克海台、墨西哥湾、加勒比海、南美东海岸外陆缘、非洲西西海岸海域;印度洋的阿曼海湾;北极的巴伦支海和波弗特海;南极的罗斯海和威德尔海以及黑海与里海等。中国在西沙海槽、东沙陆坡、台湾西南陆坡、冲绳海槽、南海北部等区域也发现了天然气水合物的大量地球物理与地球化学证据(图7－32)。
图7－31全球海洋(圆点)和大陆永久冻土带(菱形)中已知和推断的天然气水合物分布图 (据Kvenvolden，1993)
图7－32世界天然气水合物资源分布图 (据Matsumoto，2001，修改)
目前世界这些海域内有88处直接或间接发现了天然气水合物，其中26处岩心见到天然气水合物，62处见到有天然气水合物地震标志的似海底反射层(BSR)，许多地方见有生物及碳酸盐结壳标志。
(二)大陆中的分布
天然气水合物的陆上环境主要指永久冻土带，热条件有利于永久冻土带的形成，普遍认为自上新世(距今1.88Ma)以来北极地区就已存在天然气水合物。现今的地图显示北半球约20%的陆地被永久冻土带覆盖(图7－33)。地质研究和海底条件热模拟研究同样显示北冰洋大陆架可能存在永久冻土带和天然气水合物(Osterkamp和Fei，1993)。就实际情况而言，陆上和近海天然气水合物仅存在于永久冻土带，图7－33描述了陆上连续多年冻土带的分布及海底冻土带残留物的潜在区域。
图7－33北半球冻土带分布图 (据Collett，2002修改)
天然气水合物在北极冻土带和深湖区如俄罗斯的贝加尔湖(Kvenvolden，1993;Col-lett，2002)均已发现。天然气水合物与多年冻土带在加拿大、阿拉斯加、俄罗斯北部均有发现。陆上天然气水合物(图7－33，图7－34)在西西伯利亚盆地已有发现，相信俄罗斯其他冻土带也会存在天然气水合物。北美北极地区也存在与冻土相关的天然气水合物。证明阿拉斯加北坡存在天然气水合物的直接证据是来自两口天然气水合物研究井的研究结果。而间接证据是来自钻井和开放工业测井，其表明Prudhoe Bay和Kuparuk River油田存在天然气水合物层。马根歇三角洲五分之一的钻井中测井响应表明存在天然气水合物，且加拿大北极群岛超过一半的钻井预测存在天然气水合物(Osadetz和Chen，2005)。北极地区天然气水合物研究相关资料表明，天然气水合物可能存在于多年冻土带以下130 ～ 2000m 深度范围内。
图 7 －34 大陆边缘大洋沉积物和冻土区域已采样和推测存在天然气水合物的位置图 ( 自 Kvenvolden，1993 修改)