本发明公开了一种天然气水合物分解地层形变测量装置，用于安装在天然气水合物反应釜内，所述反应釜内用于模拟天然气水合物地质层，所述地质层自上而下分为上覆盖层、沉积物层以及下覆盖层，所述形变测量包括位移传感器固定板、位移传感器以及柔性弹性面板；所述位移传感器设置有多个且均匀分布，位移传感器的一端固定安装在位移传感器固定板中，另一端可伸缩并密封固定在柔性弹性面板中；所述柔性弹性面板紧贴上覆盖层，位移传感器固定板固定安装在反应釜内。本天然气水合物分解地层形变测量装置不但可以测量测量大尺度天然气水合物分解带来的地层形变，而且突破地层形变一维测量的限制，实现地层形变的三维测量。