与传统的构造勘探相比,岩性油气藏勘探对地震技术和地震资料的品质要求更高、更全面,更加强调高信噪比、高分辨率、高保真度以及精确成像,对有利储层识别和流体预测提出更高的挑战。本论文聚焦深层复杂构造岩性油气藏,针对如何保结构地压制地震资料噪声、如何精细刻画地层结构、如何相对保幅逆时偏移成像和角道集提取、以及如何利用角道集进行叠前AVA分析和弹性参数反演等科学问题开展研究。主要研究工作包括以下几个方面:(1)提出了自适应变时间分数阶的各向异性扩散滤波模型,并应用于叠前与叠后地震资料噪声压制。结合分数阶微积分理论和结构张量分析,本文提出适用于地震资料噪声衰减和结构保持的分数阶各向异性扩散滤波模型。利用结构张量分析,引导扩散滤波在地震结构体边缘的滤波方向和程度,在有效压制噪声的同时,可最大限度地保护地层纹理特征和断层等不连续结构。分数阶阶次由地震信号的局部空间结构自适应确定,进一步实现了对扩散滤波过程的精细控制。在数值实现上,利用预测-校正算法对该模型进行求解,具有较高的数值精度和良好的数值稳定性。合成与实际地震资料测试结果表明,相比于PM算法和Weickert算法,本方法具有更高的信噪比,对噪声干扰严重的地震同相轴的改善程度更为显著,可更好地保持地震数据的纹理结构等重要信息。(2)提出了基于信赖域SQP算法的稀疏脉冲反射系数序列反演方法,用于提高地震记录的纵向分辨率。由于地震子波的带限特征,实际接收到的地震记录分辨率较低,无法直接用于薄层结构精细刻画。在一定的地质沉积背景下,地层的反射系数可用稀疏脉冲序列进行表示,即反射系数序列是由一系列大反射系数叠加在服从高斯分布的小反射系数背景上构成的,大反射系数对应着地下主要不连续界面和岩性分界面。本文提出利用光滑 范数刻画反射系数的稀疏特征,建立相应的稀疏脉冲反射系数反演模型,采用信赖域SQP算法对该模型进行高效求解。该算法具有全局收敛性和超线性收敛率。数值实验结果表明,相比于Bregman算法,本方法具有更快的收敛速度和更好的抗噪性能,可有效地确定稀疏脉冲反射系数的位置,并能相对保幅地重构其振幅。(3) 实现了声波和弹性波逆时偏移成像和AVA特征相对保幅的角道集提取方法。基于双程波波动方程逆时偏移,是当前公认的成像精度最高、最有效的成像方法,适用于复杂地质结构和横向剧烈变化介质。基于逆时偏移的ADCIGs是真正能反映偏移速度正确与否和地下介质AVA属性的道集,没有运动学和动力学假设,且受多路径干扰小。如何实现真振幅、保相位的逆时偏移和ADCIGs提取方法,对后续地震反演、岩性油气藏识别和流体预测具有重要的意义。本文从逆时偏移的基本原理出发,给出了2D情况下声波方程和弹性波方程真振幅、保相位逆时偏移和ADCIGs提取中偏移震源的构造方法和叠前炮集的校正方法。介绍并对比了不同方法提取ADCIGs的优缺点,通过实验说明方向矢量类方法提取ADCIGs的局限性和适用条件。该研究工作可为AVA分析和叠前弹性参数反演提供高质量、保AVA属性的ADCIGs数据体。(4)分析了ADCIGs中小角度叠加道集与传统褶积模型之间的关系,提出一种绝对声波阻抗反演方法,并利用弹性ADCIGs进行AVA分析和叠前弹性参数反演。实验结果表明声波ADCIGs中小角度叠加道集与传统褶积模型之间具有较高的相关系数和较低的相对误差。因此,可将基于褶积模型的反射系数序列反演方法应用到小角度叠加道集,以提高其纵向分辨率。以此为基础,提出了一种宽频带绝对声波阻抗反演方法,取得较好的实验效果。其次,将基于弹性波方程提取的PP波ADCIGs数据体应用到AVA分析和叠前弹性参数反演。利用Aki-Richards三项公式提取AVA属性,利用交汇分析,对含气异常区域进行识别和检测。然后对ADCIGs数据体进行叠前弹性参数反演。实验结果表明,弹性参数得到较为准确的反演,与测井曲线吻合度较高,含油气异常体被清晰地指示出来。