本发明属于岩土工程海底含气沉积物的人工模拟制样试验技术领域，具体公开了一种变压可控气体置换反应装置及其在含气土样制备中的应用。本装置包括固定在同一底座上表面的反应釜和量筒，可通过调节反应釜及量筒内的压力，实现不同压力下的气体置换反应及气体产出量的精确量测；可建立恒温条件下，不同压力环境中气体吸附性固体颗粒的质量与其置换出的气体间的定量关系，基于这一关系，实现含气土样制备的人为定量控制。制备土样中，借助沸石特殊的晶体结构和强亲水性，且沸石比重与土颗粒比重相近，将吸附饱和甲烷气体的沸石颗粒与土颗粒均匀混合，而后加入水，用水置换出沸石颗粒中吸附的甲烷气体，从而形成含气泡土体，所制备的含气土样均匀。