地震波在实际地下地层中传播时,它的振幅、波形、频率和相位等属性均与时间有关,随传播时间发生变化。通常我们进行地震参数反演时以理想平稳处理为主,不考虑信号的时变特性,假定地震子波不变。Margrave等结合信号的非平稳特性与Robinson褶积模型,在时频域推导出了非平稳褶积模型和Gabor反褶积算法,使得考虑非平稳特性成为可能。双曲平滑算法是一种在时频域对地震数据进行平滑处理,估计振幅的简便算法。它利用衰减函数的指数衰减形式,以双曲条带划分为基础,进行统计采样点求解。传统的双曲平滑算法在地震能量较集中的浅层低频区域存在采样不足的问题,使得估计结果精度欠缺。本文使用改进的双曲平滑算法,一种是指数形式的双曲平滑方法,一种是变步长采样的双曲算法,利用改进的算法对地震记录平滑估计,获得更理想的处理结果。改进的双曲算法不仅可以获得更准确的衰减函数,而且提高了处理效率。本文结合非平稳褶积模型与叠前反演,形成了基于非平稳褶积模型的叠前地震反演新的方法流程。利用双曲平滑算法求得的衰减函数对地震数据进行补偿,再用补偿后的地震数据进行反演。基于贝叶斯理论的AVO三参数反演方法,利用Zoeppritz方程及各种近似式进行褶积模型构建,通过加入模型参数的先验信息来正则化反演过程,柯西概率分布可以产生稀疏解,对弱反射信息进行保护,分辨率也较高,因此十分适合作为先验概率分布。进行衰减补偿可以改善反演的效果,提高了反演的准确性和稳定性,反演得到地层的纵波速度、横波速度和密度后,再计算变换成物性参数来分析储层。本文在非平稳褶积模型的基础上,还进一步研究了频率域反演解法,直接将求得的衰减函数加入反演中。使用Fatti近似作为正演物理模型,三元柯西分布作为先验信息,高斯分布作为似然函数,结合平滑阻抗模型约束来构建反演目标函数,利用迭代重加权最小二乘算法对反演进行求解。考虑衰减效应的频率域反演可以获得更加丰富的反射信息,将深层弱小反射信息凸显出来,拓宽地震频带,分辨率得到提高。