本发明公开了一种多参数地球化学指标重建天然气运聚成藏过程的方法，包括以下步骤：确定研究区天然气地球化学指标、地层水地球化学指标、碳酸盐胶结物碳氧同位素、碳酸盐胶结物微量元素的垂向和平面变化特征；根据步骤一所述的垂向和平面变化特征，确定天然气运移相态和运移方向；根据步骤二中的天然气运移相态和运移方向，并结合孔隙特征、构造演化特征和断层演化特征重建天然气运聚成藏过程。与同类研究相比，本发明提供的方法避免了独立使用各项参数确定天然气运移相态的不确定性和多解性，并重建了天然气的运聚成藏过程，该研究成果对研究区天然气的勘探部署具有重要的指导意义，能够更好的指导研究区勘探目标的选择，提高油气上钻的成功率。