随着勘探目标的日益复杂化,寻求剩余油气资源需要加大勘探目标深度,同时面向薄层和隐蔽油气层。因此急需综合应用地震勘探新技术,开展高分辨率地震勘探,有效实现复杂地下构造的准确成像。垂直地震剖面(Vertical Seismic Profiling,VSP)技术通过将地震仪布设于钻孔中直接接收地层反射信号,相比传统地面地震方法,具有信号保真度高、近场波场信息丰富的显著优势,已成为复杂构造高分辨率成像的重要手段。为充分发挥VSP资料的数据优势,改善VSP资料成像效果,本论文分别在子波信号提取、VSP资料正演、VSP资料成像去噪等方面开展研究: (1)广义地震子波的n次方傅里叶谱分析理论:在广义地震子波振幅谱、功率谱分析方法基础上,提出任意次幂的谱分析方法。构建广义地震子波n次谱的频率特性参数和频率统计参数间的明确数学关系,进而实现利用野外实际VSP初至信号的n次谱参数信息,构建震源子波的解析表达式,为后续VSP资料正演与成像提供数据基础。实验证明,该方法具有较强的抗噪性和数值稳定性。 (2)VSP资料正演模拟方法:以一步波场延拓法为基础,开展高精度地震波场模拟方法研究。通过引入简谐函数的多倍角公式,构建新的一步法波场延拓方程,测试表明,该方法有效提升计算效率;结合Hilbert变换,开展上下行波分离及VSP资料正演方法研究。 (3)VSP逆时偏移成像及去噪方法:分析VSP偏移画弧噪声产生机制并开展VSP资料逆时偏移和去噪研究。研究利用地面资料提取地层倾角信息,约束VSP逆时偏移成像,可有效压制VSP井旁画弧干扰;提出VSP数据多方位互约束画弧压制方法,无需依赖地面数据即可压制VSP偏移噪声。 综上,本文针对VSP资料成像流程中子波提取、波场模拟、成像噪声压制三方面开展研究,形成一套针对VSP资料的高精度成像方案。