随着勘探程度的加深,隐蔽油气藏、河流相薄储层油气藏已成为重点勘探领域。这些地区地质背景复杂,储层厚度较薄,横向分布变化大。地震资料信噪比较低,有效频宽较窄。除此之外,反演方法本身也存在不适定性,受到局部极小值的严重影响,降低了波阻抗反演的分辨率及可靠性。常规地震反演难以识别较薄的储层,需要改善地震资料品质并探索新的反演方法。储集空间受沉积环境的影响而具有多尺度特征,地震资料主要反映大尺度层序体厚层的反射特征。受薄层调谐作用的影响,小尺度层序体薄层的反射能量被压制,降低了地震分辨率。小波变换具有良好的时频聚焦性,能够将地震数据中隐含的多尺度信息清晰地呈现在时间频率域。本文利用三参数小波作为核函数,对地震数据进行时频分析,将地震资料分解为大、中、小三个尺度的数据体,有效减弱了调谐作用,增强了地震资料的相对高频和相对低频,提高了分辨率。除此之外,扩散滤波技术的应用有效衰减了三维地震数据的随机噪声,保护了地层的边界信息,提高了地震资料的品质,为后续的反演提供了可靠资料。根据贝叶斯理论及地震资料与层序体的多尺度对应关系,选用稳定、高效的最优化反演方法,通过不断收缩目标函数尺度,逼近全局极小点实现整个反演。整个过程是分级进行的,将大尺度地震反演结果作为中尺度反演的模型约束;中尺度反演结果又作为小尺度反演的模型约束,最终完成整个反演。在分级反演研究的基础上,本文将反演过程写成矩阵形式,将三步反演合并为一步完成,大大提高了运算效率。弹性阻抗反演利用分角度叠加数据体,综合了AVO反演的保真性与叠后反演的稳定性。其结果能够提取多种弹性参数应用于储层预测及油气识别,在多尺度叠后反演取得预期效果后,把该方法推广到了叠前弹性阻抗反演。理论数据及实际数据的模型测试表明,多尺度反演具有逐级寻优特性,其结果的分辨率高于常规反演,验证了方法的先进性和实用性。实际应用工区的反演结果表明,同常规稀疏脉冲反演方法相比,多尺度反演结果的分辨率有实质性提升,能够识别较薄的有效储层,更好地服务于油气勘探和开发生产。