叠前地震反演是储层预测、流体识别的核心技术,随油气勘探领域逐渐向深部拓展,对中远偏移距地震数据的反演精度需求提高,强介质参数扰动的复杂界面也增加了反演难度。本文研究了远场平面波传播特征方程,并构建了适应力强、精确度高的反射系数近似公式,更加准确地刻画了地震波对介质参数扰动的响应特征。同时基于该近似公式进行叠前地震反演方法研究,提高远道地震数据利用率,改善了反演精度,对中深部层系复杂油气储层勘探具有理论意义与实际价值。弹性介质间断面处的远场平面波传播特征是叠前地震正反演的理论基础。仅考虑纵波震源的情况,利用界面应力连续、位移连续条件可以得到表征远场平面纵波传播特征的Zoeppritz方程。由于方程形式复杂且物理意义不明确,难以表征实际多界面反射透射特征。为提高正反演计算的稳定与效率,利用介质分解理论与地震散射原理,基于小角度入射与弱介质参数扰动假设条件,可以推导反射透射系数一阶线性近似公式,并得到适用于不同勘探需求的关于不同弹性参数的近似公式。由于仅考虑参数线性扰动的影响,因此基于线性近似方程所构建的叠前地震反演方法仅适用于常规储层。表征弹性参数高阶扰动对地震波传播的影响,是提高反射系数近似精度的有效途径。本文基于P-SV平面波入射散射完整系统下的散射矩阵,利用扰动思想对散射矩阵进行分解,以矩阵形式表征介质参数扰动,充分利用参数矩阵间关系,给出了推导反射、透射系数高阶近似的简化理论方法。并具体推导出更为准确完整的纵波反射系数二阶近似公式,相比于线性近似公式与前人所得二阶近似公式,增加了弹性参数二阶项与横波因子,考虑了中高角度入射与强介质扰动情况,克服了线性近似的局限性,精度更高,对参数变化更加敏感。为面向中深部层系复杂油气储层的精细勘探奠定了基础。基于二阶近似公式构建正演算子,建立非线性叠前地震反演方法,是提高中深部层系复杂储层预测精度的重要手段。本文通过构建广义线性正演算子,结合贝叶斯反演理论框架,通过求解最大后验概率分布进行参数反演,降低了反演问题的不适定性。模型试算表明基于二阶近似的反演方法具有更高的精度,方法稳定且具有一定的抗噪能力。实际资料的反演结果也表明了利用本文反演方法对中深部层系复杂储层进行预测与流体识别的可靠性,与刻画复杂沉积构造的准确性,验证了反演方法在实际应用中的价值。