随着当前油气勘探的不断深入,勘探目标逐步由构造性油气藏转向复杂隐蔽的岩性油气藏。国内陆相盆地沉积环境复杂,薄层广泛发育,对薄层砂体的有效识别是油气勘探的关键。但受地震分辨率限制,造成薄层砂体的识别相对较为困难。为此在提高地震剖面分辨率的目标下,开展地震资料多子波谱反演方法的研究,以实现对薄层的有效识别。论文首先通过理论模型对薄层反射系数频谱特征进行了研究,初步认识了薄层反射系数频谱特征,为后续谱反演理论的研究奠定了基础。在频率域上推导了薄层反射系数的表达式,据此得到反演目标函数。此外在谱反演目标函数中引入信号奇偶分解理论,根据反射系数偶分量对薄层良好的识别能力,适当增加偶分量比重以提高对薄层的分辨能力。然后是对地震资料多子波分解的研究。针对传统匹配追踪算法计算效率的不足,提出采用结构化匹配追踪算法对地震信号进行多子波分解。该算法通过采用原子库分组以及树状结构搜索的方式来降低计算复杂度,提高匹配分解的效率。基于模型试算分析了结构化匹配追踪多子波分解的有效性及可靠性,实现了将地震信号分解为与之特征匹配的不同子波的组合。进一步通过重构分解后的子波即可恢复原地震信号,验证了这种结构化匹配追踪多子波分解的精准性。针对复杂反射系数序列频谱较为复杂无序以及谱反演过程中效率较低的问题,结合结构化匹配追踪分解,对分解后的多子波数据进行薄层反射系数谱反演,以提高反演效率。在理论模型及实际资料的应用中,验证了这种多子波谱反演方法可有效提高地震剖面的分辨率,增强了地下薄层的反射信息,为油气勘探提供较为有效的指导。