随着世界经济发展对油气资源需求的日益增加ˋ对地震勘探提出了越来越高的要求ˋ勘探目标由简单的构造油气藏逐渐转向复杂的岩性油气藏隐蔽油气藏复合油气藏以及非常规油气藏等ˋ主要特点是目标地质体尺度变小复杂程度增加非均质性增强横向变速问题严重目前ˋ叠前深度偏移是解决复杂构造储层地震成像问题的关键技术ˋ其对速度的敏感性要远远大于叠前时间偏移ˋ速度不准确对其产生的影响不是任何精确的偏移算法所能够弥补的ˋ因此研究适用于叠前深度偏移的速度分析及反演方法对提高其成像结果的精度和可靠性具有重要意义虽然深度偏移对速度的强敏感性对偏移本身不利ˋ但是从辩证的观点来看ˋ这对速度反演却是一个优势利用速度与深度的强耦合关系可以更好地进行速度反演更新ˋ最终为叠前深度偏移提供一个高精度的偏移速度场上述方法是基于成像域的最佳拟合实现速度反演ˋ而基于数据域拟合的波形反演同样能够为偏移提供高质量的偏移速度场基于以上考虑ˋ论文在统一的地震反演理论框架下ˋ分别研究了基于成像域实现的走时层析与基于数据域实现的波形反演任何一种速度分析或反演方法都不能一次成功ˋ需要反复迭代逼近真实解ˋ这种思想可以用反演理论进行诠释走时层析反演ˋ利用观测数据与模型数据在成像域的最佳匹配实现速度反演ˋ基于偏移和层析交替迭代的思想进行速度反演ˋ利用偏移和层析分别恢复速度场中的高波数信息τ即速度界面和低波数信息τ即速度值ˋ反演精度较高ˋ并且计算稳定高效波形反演ˋ利用观测数据和模型数据在数据域的最佳匹配实现速度反演ˋ理论上具有最高的速度反演精度ˋ并且速度分析和反演的过程是自动进行的ˋ解决了常规速度分析方法需要人为交互的问题ˋ但是在震源子波未知低波数约束信息存在较大误差的条件下ˋ容易陷入局部极值ˋ并且计算成本较高可见ˋ层析反演和波形反演在地震反演框架下具有明确的物理含义ˋ层析反演与波形反演既能各自作为独立的方法获取叠前偏移速度场ˋ又能实现多级优化联合反演论文的主要研究工作可以概括为1介绍了地震反演基本理论ˋ并从概率反演和确定反演角度诠释了走时层析与波形反演的意义ˋ讨论了地震反演中的正则化问题及方法ˋ明确了地震反演走向实用化需要先验信息预条件等正则化约束的加入2在声介质假设下推导了层析反演方程以及成像域走时残差与深度残差的转换关系ˋ提出了一种成像域走时层析反演方法ˋ并发展了一种角度域共成像点道集τ简称角道集ˋADCIGs剩余曲率自动拟合拾取策略ˋ研究了消除射线涂抹效应和反演病态性的阻尼一阶导数型正则化方式ˋ并对层析实现过程中涉及的内容进行了详细论述ˋ最后通过模型试算和实际资料处理验证了方法的正确性有效性和实用性3在弹性矢量波场框架下ˋ推导了多波联合层析速度反演方程以及走时残差与角度域共成像点道集剩余曲率的转换关系式ˋ提出了一种利用矢量波角道集更新P波S波速度的成像域走时层析反演方法考虑到层析反演过程中大部分计算量用于进行偏移成像和抽取角道集ˋ选用快速灵活并且建立在射线理论基础上的高斯束偏移实现矢量波场成像模型试算和实际资料处理验证了方法的正确性有效性及实用价值4在声介质波动方程的框架下阐述了时域全波形反演的理论基础ˋ基于最小二乘意义下的目标泛函推导了速度更新梯度和更新步长的计算公式ˋ构建了加入井数据约束的误差泛函表达式ˋ建立了一整套基于CPU的并行算法流程通过模型试算验证了方法的正确性ˋ并针对几个影响波形反演的关键问题进行了理论分析与说明ˋ提出了波形反演走向实用化的一些想法