勘探开发的深入使得常规地震资料处理方法不再适应目前高难度、高精度的地层、岩性等复杂油气藏勘探需求。特别是现在油气藏勘探逐渐以薄层勘探为主,常规地震资料处理和属性提取技术的纵向分辨率不足以分辨这些地层的厚度。人们习惯将厚度小于调谐厚度,地震剖面上无法用肉眼识别顶底界面的储层称为薄层。地震分辨率的好坏与反射信号的频带宽度有极大的关系,因此,拓宽地震频带对提高地震分辨率具有重要意义,这也是目前高分辨率地震勘探需要解决的关键问题之一。本文以稀疏表示和压缩感知理论为理论基础,利用匹配追踪和基追踪两大稀疏分解算法对地震数据进行稀疏分解,获得地震数据的稀疏表示,从而达到拓宽地震频带,提高地震资料分辨率的目的。匹配追踪将地震信号展开成一系列最佳匹配子波的叠加,结合薄层地震响应规律提取薄层厚度信息,这是从另一个角度突破传统地震分辨率的极限。利用匹配追踪和基追踪两大稀疏分解算法对地震数据进行稀疏表示,其重点在于变换基即稀疏字典的构建。在构建匹配追踪的稀疏字典时,传统方式构建的过完备子波库巨大,在其基础上进行搜索计算量为海量,导致整个过程计算效率低,无法满足实际应用需要。经过优化得到的复数域快速匹配追踪算法计算效率大为提高,完全满足实际应用需要。构建基于基追踪算法的地震资料反演目标函数,其本质也是在构建稀疏字典。利用奇偶分解理论在时域构建目标函数,其稀疏字典极为繁琐,会导致基追踪反演效率低、反演结果不稳定等问题,因此尝试在频域构建目标函数,并采用基追踪算法进行反演,将这样的方法称为基于基追踪的正余弦分量协同反演,该方法具有效率高,稳定性强的特点。理论分析和实际地震资料试算证明,利用匹配追踪和基追踪两大稀疏分解算法获得的地震数据的稀疏表示,都能有效拓宽地震资料的频带宽度,提高地震分辨率。利用匹配追踪提取薄层厚度信息与实际井资料吻合率较高。