地震反演技术是地震勘探的重要手段之一。地震反演技术是利用地表记录地震数据,通过既定的目标函数求解得到地下空间构造和地层弹性参数并进行成像的过程。按照输入类型的不同,地震反演方法可以分为叠后反演和叠前反演。相比于叠后反演,叠前反演中的地震数据包含更丰富的角度信息和地层弹性参数信息。叠前AVO反演技术是最常用的一种叠前反演方法,通过该反演方法能够获得更丰富的纵横波和密度信息。然而,在实际应用中,现有的叠前AVO反演方法仍存在很多问题,主要表现在:1)叠前AVO反演方法所利用的地震数据通常缺少低频段信息,而低频信息包含了地层的构造特征,如果缺少低频构造信息会导致反演结果不理想;2)现有反演方法严重依赖于初始模型,而初始模型大多通过极少量的测井数据线性插值得到,这种简单平滑外推过程没有在初始模型中考虑地层构造的影响,可能会带来较大误差甚至导致反演不收敛;3)常规叠前AVO反演都是基于单道模型的,忽略了横向展布的地震道所反映的地层横向构造特征,使得反演结果缺乏横向连续性且对噪声非常敏感。针对以上问题,本文开展了以下研究工作:(1)提出了基于联合字典的叠前宽频反演方法。通过联合字典方式从测井数据中同步训练低频和高频字典,获得地下反演参数的垂向构造特征信息,通过低频字典和地震数据结合,获得具有低频构造信息的地震反演结果,再将该结果作为初始模型结合高频字典及地震数据进行反演,获得包含低频和高频以及地震数据中频带的反演结果。合成数据和实际数据测试均表明了方法的有效性。通过该方法测试,我们发现其对初始模型依赖程度要远小于常规方法,避免了因初始模型简单线性插值所导致的误差。(2)提出了横向构造约束联合字典叠前AVO反演方法。考虑地震道之间的横向相关性,在前述联合字典叠前AVO反演基础上,引入横向构造约束,并利用块坐标下降算法进行快速求解,实现了地层横向构造信息和垂向构造信息共同约束的多道叠前反演方法。通过本文的研究,希望能有效改善叠前反演对初始模型依赖性和低频构造信息缺失问题,并且为机器学习方法在地球物理反演领域应用提供有效实现方案,推动地震反演技术向智能化方向发展。