在勘探地球物理学中,联合反演的应用越来越广泛。不同数据的联合,比如地震走时数据,地震波形数据,电磁数据,重力,雷达数据等,为我们对地下介质的分析提供了更多的结构信息,有利于提供更准确的矿藏、圈闭或储层的位置。同时,多参数的反演提供了地下结构的不同性质,降低地震解释的非唯一性。目前已经发展的联合反演主要分两种,一种是依据物质的不同表征参数之间的物理关系公式实现联合反演,另一种是依据物质的不同表征参数在结构上的一致性进行联合反演。我们分别介绍了两种联合反演的发展历程及应用,然后详细讲述了交叉梯度算子在联合反演中对模型结构的约束。本文主要利用地震数据和非地震数据采用交叉梯度算子实现多参量的联合反演。全波形反演在地震勘探中越来越重要,通过波形可以反演出高分辨率的复杂地下结构。声波全波形反演可以反演出纵波速度,但不能描述横波转换等弹性特征,也不利于提供更详细的储层信息。而弹性波全波形反演可以提供纵波速度、横波速度、衰减、密度等弹性参数,因此利用弹性波进行波形反演能够为我们提供更详细更准确的地下结构分布。由于近地表存在风化层、低速层等复杂结构,不利于深部成像,因此在深部反演之前去除近地表结构的影响或者通过反演得到精确的近地表结构变得非常重要。另外,近地表地区地质疏松,地震波衰减明显,而传统的全波形反演没有考虑衰减参数在地震波传播过程中的影响,因此反演出的速度结构和真实结构有一定偏差,也不利于深部成像。我们模拟了近地表结构,正演计算波形,通过对比可知较小的Q值对波形振幅、相位和走时都有影响,因此可以利用地表接收的波形信息反演能够反映衰减程度的Q值。近地表的初至波携带P波信息,面波携带S波信息,因此,我们考虑利用初至波和面波在速度已知的情况下应用交叉梯度对模型的约束联合反演出近地表的QP和Qs的结构。在实际勘探地震中,介质的速度不能精确得知,而衰减参数和地震波速度在传播过程中通过波动方程耦合在一起,共同作用,因此速度和衰减的联合反演尤为重要。我们利用弹性波的初至波和面波应用了四参量的交叉梯度算子同时反演纵波速度、横波速度、QP和QS四个参量。二维弹性波波动方程的全波形正演和反演需要耗费大量的计算时间,因此我们沿二维测线进行一维弹性波正演模拟,应用二维Tikhonov正则化,形成二维雅克比矩阵,然后通过共轭梯度法同时反演出二维的速度和衰减模型。这种伪二维联合反演方法的计算效率比真正的维弹性波波形反演有显著的提高,可以解决具有微小起伏或异常的层状结构,但不能处理复杂的地质结构,比如速度或衰减变化大的断层结构。通过理论模型测试和实际数据测试,我们可以利用此方法得到可靠的速度模型和衰减模型。地震走时数据能够反映地下速度结构的分布,但地表接收的数据难以对低速层成像,而且反演出的速度结构相对比较光滑,缺乏细节信息。航空电磁数据能够反演出地下电阻率的分布,电磁数据的采集方式简便,采集密度大,可以对大片区域进行细节成像,而且对高电阻率和低电阻率区域都能成像,但是垂向分辨率低。两种数据对近地表的探测深度具有一致性,因此为了给地球物理解释提供更丰富有效的信息,我们将航空电磁数据和地震走时数据联合起来同时反演电阻率和速度。由于三维电磁反演计算成本高,因此我们利用一维电磁正演和三维初至波走时正演,应用三维Tikhonov正则化,形成三维雅克比矩阵,然后在交叉梯度的作用下,联合反演了三维电阻率结构和速度结构。通过理论模型测试,我们证明,相比于单一数据的反演,联合反演的算法可以提供更准确的近地表速度模型。我们将联合地震数据和电磁数据反演的算法应用到一组实际数据中,然后我们分别利用单独的走时反演得到的速度结构和联合反演得到的速度结构计算静校正量,继而进行叠加处理。处理结果显示基于联合反演得到的速度结构得到的静校正计算的叠加剖面优于单独反演得到的速度结构的结果。因此,联合反演可以为地震数据处理提供较好的速度结构来计算静校正量。