地震反射信号综合反映了地下地质结构、地层岩性和流体等信息,通过地震叠前反射信号可以反演得到地下地层的岩石弹性参数、提取岩石及其饱和流体的物性参数。随着油气勘探开发难度的不断增加,单纯的弹性参数反演已不能完全满足复杂油气藏描述的需求,利用地震叠前反射信号开展储层物性参数反演已成为学术界和工业界共同关注的前沿科学问题。由于以下三个方面的原因,地震叠前反演的适定性受到很大的挑战:(1)由于大地的滤波作用,我们能获得的地震信号是带限的;(2)地震信号中包含了多种类型的噪音,通常信噪比不高;(3)由于认识的差距,在地震反演过程中使用了大量的近似公式和模型。上述原因一方面带来了地震反演问题的解具有不唯一性,即多个不同的地质模型可能产生几乎相同的地震响应;另一方面也带来了地震反演过程的不稳定性,即反演输入信号的微小差异会带来反演结果的较大差异。由于储层物性参数地震叠前反演严重的不适定性,现有方法大都采用随机搜索获得较为稳定可靠的反演解,但其计算工作量大,效率低,难以完全满足大规模地球物理反演的要求。本项研究将大地滤波作用、近似公式和模型误差均看作噪音,通过压制噪音对反演过程的影响,提高适定性,获得了较为稳定可靠的储层物性参数地震叠前反演确定性搜索方法。论文的主要研究成果和创新点可概述如下:1.提出了基于贝叶斯理论的储层弹性与物性参数地震叠前同步反演的确定性搜索方法。该方法结合经典岩石物理模型和AVO正演模型,建立物性参数、弹性参数与地震叠前反射信号之间的联系,并基于贝叶斯理论构建了储层弹性与物性参数地震叠前同步反演的框架。针对该非线性目标函数的求解问题,提出利用泰勒多项式将原来问题转化成线性最小二乘问题进行求解。研究表明,该方法能够联合应用类型不同、精度各异的地震、地质和测井数据约束反演过程,缩小了反问题的求解空间,从而使反演结果更加接近地下真实情况;与随机搜索方法相比,该方法利用目标函数的梯度信息,能够更快地获得最优解,能够满足大规模生产的需要。2.针对传统反演方法中“高斯假设”难以刻画地震噪音非高斯分布特征的缺陷,引入能够逼近任意对称概率密度函数的广义高斯分布,利用地震噪音的峭度6)近似表示广义高斯分布的形态参数,形成基于自适应7)范数的地震数据拟合方法;针对7)范数不可导的问题,采用光滑函数替代7)范数,用于提高上述反演方法的稳定性。研究表明,该方法可以根据地震噪音的峭度6)自适应调整地震噪音的范数类型,其对地震噪音的压制效果明显优于传统的7)2范数反演方法。3.针对传统反演方法中“高斯假设”难以刻画岩石物理模型误差非高斯分布特征的缺陷,假设岩石物理模型误差服从非高斯分布,提出了基于误差补偿的线性岩石物理模型,并引入了Hampel三截尾分布函数设置分段加权函数,形成基于加权最小二乘的岩石物理拟合方法,用于提高反演方法的稳定性。研究表明,该方法能够对小的模型误差采用取值为1的加权系数,对于大的模型噪音则采用小于1的加权系数,使之不存在异方差性,其对岩石物理模型噪音的压制效果要明显优于传统的7)2范数反演方法。4.针对地震数据缺失低频信息导致反演结果与实际地层趋势不相符的问题,以联合Dix反演为例,构建了多源信息联合反演的框架。研究表明,该方法能够避免初始模型误差所引起的反演多解性问题,有助于驱动解朝着理想的方向收敛。5.针对基于全局平滑或全局稀疏的模型正则化方法导致反演结果“过度光滑”或“欠光滑”的问题,假设地质先验模型由分段块状和光滑模型两部分组成,提出将一阶全变差正则化和吉洪诺夫正则化分别作用于块状和光滑模型,形成基于混合模型分布的正则化项,用于保护模型的不连续边界并惩罚模型的光滑区域,实现了各个小目标在先验认识的基础上都达到最优化效果。研究表明,该方法能够更好地反映地层的层状变化特点。