地震子波估计与反褶积是地震勘探高分辨处理中重要的一步,对后续储层反演、地震解释等的精度有重要意义。但目前由于地震子波在传播过程中的吸收衰减等造成其物理属性的改变,以及反射系数自身的结构复杂性与假设多样性等,使得地震子波提取与反褶积结果精度仍有待提高。为克服上述难点,本文分别研究了基于粘弹性衰减的盲稀疏脉冲反褶积方法,带有薄层与构造性正则化的盲稀疏脉冲反褶积方法以及基于局部地震相位属性的非稳态地震子波估计方法。具体内容如下:首先,地震子波在传播过程中由于受到吸收衰减与散射的影响,其频率、相位等均发生改变,进而影响反褶积结果。针对此问题,本文假设地震子波在地下传播呈现粘弹性衰减,提出了基于粘弹性衰减的非稳态盲稀疏脉冲反褶积方法,将非稳态盲稀疏脉冲反褶积求解转化为品质因子估计、地震初始子波估计以及反射系数反演三个部分。其数值结果显示,本文提出的方法在模拟数据以及实际数据上均获得更加准确的反褶积结果,同时,不同参数的选择、噪声数据、品质因子估计错误等测试展示了本文提出方法的有效性。然后,针对地下复杂的地质结构并提高垂向与横向分辨率,本文提出了带有薄层和构造性约束的盲稀疏脉冲反褶积方法。具体的说,一方面,当地下反射系数中存在薄层时,传统方法无法分离薄层导致结果垂向分辨率不足。针对该问题,本文使用原子范数极小化估计反射系数位置,设计成为盲稀疏脉冲反褶积代价函数中的位置约束。数值结果显示,本文方法在垂直方向上能够分离带有薄层的反射系数,提高垂向分辨率。另一方面,很多稀疏脉冲反褶积方法在估计反射系数时按照地震道逐道估计,因此二维地震数据的反褶积结果的横向连续性在一定程度上无法保护。本文提出构造性正则化约束的盲稀疏脉冲反褶积方法来保护反射系数的横向连续性,数值结果显示,本文提出的方法优于传统的逐道估计反射系数的盲稀疏脉冲反褶积方法。更重要的是,本文提出的上述改进适用于大多数盲稀疏脉冲反褶积方法。最后,地震子波在传播过程中物理属性均具有时变性。之前的方法在假设反射系数为白噪声的情况下,利用局部时频分解方法从地震数据中估计地震子波的振幅谱,并以此估计零相位时变地震子波。然而,地震子波的相位属性也很重要并影响地震子波估计的精度以及反褶积结果精度。因此,本文提出了一种基于局部时频分解与局部慢度的时变地震子波提取方法。模拟数据与测井数据测试验证了本文方法的有效性和实用性。