地球物理反演是油气勘探中擘两分星寻油找气的重要理论支撑。随着油气勘探程度的不断深入,常规油气资源的勘探已步入尾声,诸如砂砾岩体、河流相薄储层此类的强空变非均质薄油气储层逐渐成为了新的勘探目标之一,具备着增储上产的潜力。但非均质储层的油气储集空间随沉积环境转变会展现频率特征多样性,复杂的地质条件以及地震数据中不同频率成分的叠合也进一步导致储层弹性参数的函数难以准确表征。故针对于此,为保障国家能源战略安全,实现油气资源增储上产,本文提出一种增维共成像点道集叠前地震反演方法,以充分挖掘、拓展道集内蕴含信息为手段,兼顾削弱薄层干涉效应,实现非均质薄储层精细刻画描述的目标。增维既指反演输入的数据是多维的信息,又指对本身道集信息进一步挖掘的过程。增维共成像点道集基于偏移距域共成像点道集,结合高分辨的谱分解方法完成从偏移距-时间二维剖面到偏移距-时间-频率三维数据体的维度拓展,依托测网所组合的观测系统实现全工区信息量的倍增。增维叠前反演基于增维共成像点道集所拓展的海量数据以更丰富的信息完成对目标储层的精细描述。本文环绕增维的概念,从改良时频分解方法、道集自身处理优化入手,充分利用共成像点道集的数据冗余度倍增信息、拓展数据维度,建立了新的增维反演方法体系,有效的提升了对于非均质薄储层的预测精度。本文首先从经典的时频域变换问题为引入,结合稀疏表示理论与传统时频分析技术,构建了更高时频分辨率的谱分解方法,为构建增维共成像点道集提供了理论基础;其次,从共成像点道集出发,基于维纳滤波研究了匹配滤波保幅动校方法以解决道集动校拉伸问题,提高了道集的地震分辨率;再次,依托处理之后的增维共成像点道集,研究了道集属性与偏移距、频率的耦合关系,明确了地震属性随偏移距和频率变化的差异性特征,并以不叠加为思想,从道集直接抽取了分角度分频地震数据;最后,基于贝叶斯反演理论框架研究了增维叠前地震反演方法,并构建了无井低频模型反演约束。经所构建的理论三维复杂多频率耦合模型测试与我国东部浅海某区块新近系馆陶组河流相薄砂体储层检验,证明了增维叠前地震反演方法在实际应用中的可行性,证明其对于非均质薄储层识别与评价具有一定积极作用。