本发明属于水合物技术领域，具体涉及一种天然气水合物三维结构CT增强成像方法及系统，旨在解决现有技术中天然气水合物三维结构成像因CT图像灰度相差不大而导致的观测定位精度差、天然气水合物三维结构观测精度低的问题。本发明提供的天然气水合物三维结构CT增强成像方法，将含介入增强剂的水溶液充分充填于含天然气水合物沉积物中，溶入水中的介入示踪剂提高了X射线在天然气水合物、冰、水和甲烷气体的质量衰减系数μ/ρ差值，同时提高了天然气水合物、冰、水和甲烷气体的X射线质能吸收系数μen/ρ差值，进而改变探测器接收的线衰减系数，提高天然气水合物沉积物各组分的成像分辨率。