本发明涉及一种海底无上覆致密盖层水合物开采诱发灾害实验模拟研究装置与实验方法，包括大气-深水-地层自然环境可视化模拟系统、天然气水合物注采模拟系统、温度控制系统、压力控制系统、数据采集系统和影像采集系统；本发明设计合理、功能完善且使用操作简便，实现了对大气-深水-地层环境无上覆致密盖层地层整体的形变、海水扰动以及大气中甲烷浓度变化的全方位宏观模拟。通过相应温度、压力以及气体浓度传感器对模拟过程中的相关数据进行实时监控，利用摄影装置对模拟过程进行全程图像采集。弥足了水合物开采过程储层模拟和环境模拟的不足，对由此造成的地质环境灾害的触发机制的认识与研究具有重要意义。