Cette invention concerne un procédé d'analyse des résultats d'une prospection électromagnétique à source contrôlée (CSEM) sous-marine d'une zone dont on pense ou dont on sait qu'elle contient un réservoir d'hydrocarbures souterrain. Ce procédé repose sur une extrapolation de champs d'ondes de données de champ électromagnétique à bande étroite obtenue à partir de paires d'emplacements sources et récepteurs. Les données comprennent une pluralité de fréquences discrètes comprises entre 0,01Hz et 60Hz. L'extrapolation de champs d'ondes est effectuée pour chacune de ces fréquences discrètes afin qu'on n'obtienne des répartitions de coefficient de diffusion électromagnétique en fonction de la position et de la profondeur sous la zone étudiée. Ces répartitions peuvent ensuite être combinées afin qu'on obtienne une image visualisable du coefficient de diffusion électromagnétique. Ce procédé permet de fournir rapidement une image visualisable qui peut être immédiatement interprétée.