研究裂隙页岩介质地震波场传播特征对于页岩气的勘探开发有重要意义。基于Hudson理论，Bond变换和Backus加权平均法，从介质参数和裂隙参数出发，推导了含倾斜裂隙页岩介质长波长等效弹性系数的计算公式，进而用高阶旋转网格有限差分法模拟了该介质的地震波场响应。数值模拟结果证明了该弹性系数计算方法的正确性和Backus加权平均法在计算薄互层介质等效弹性系数时的有效性，同时也证明了含倾斜裂隙页岩介质具有和TTI介质类似的倾角各向异性和方位各向异性特征。另外，对比裂隙饱含水和裂隙干燥(含气)时的模拟结果可知，裂隙含气时倾斜裂隙页岩介质具有更强的各向异性特征。
针对三维数值模拟难以应对的大尺度模拟或快速计算问题，2.5维数值模拟是一种能兼顾模拟精度和计算效率的有效折中手段。基于L型2.5维声波近似方程，通过纵向坐标变换，采用有限差分法实现了起伏地表条件下2.5维声波方程数值模拟。理论模型试算结果表明，2.5维声波方程有限差分数值模拟方法能够很好地处理起伏地表问题；与起伏地表二维声波方程数值模拟结果相比，两者在地震波运动学特征上基本一致，而在地震波动力学特征模拟上2.5维数值模拟更具优势；通过不同炮检距模拟记录的振幅对比，验证了2.5维声波方程数值模拟在时间和空间上的衰减特性。
Myriad滤波是一种针对非高斯脉冲噪声而提出的非线性滤波方法。基本Myriad滤波方法的运算量受窗口长度的影响，窗口取得越长，运算量也越大;改进的快速Myriad滤波方法实现简单，执行效率高。在方法原理介绍的基础上，假设地震噪声服从α稳定分布，将快速Myriad滤波方法应用于地震数据的去噪处理试验，并分别与均值滤波方法和中值滤波方法进行了对比。理论模型数据测试和实际叠前地震资料应用的结果都表明，快速Myriad滤波方法不仅对脉冲噪声具有很强的抑制能力，而且能有效地保护数据中的有用信息，其性能远远优于同窗口长度的均值滤波和中值滤波方法，滤波后地震数据的信噪比明显增强。
为提高地震资料的分辨率，对地层吸收衰减进行补偿是地震资料处理的一项重要内容。大地滤波算子是时间、频率和品质因子的函数，因此也可以在时频域内进行衰减补偿。相对于固定时窗的短时傅里叶变换(STFT)和Gabor变换，小波变换对于处理非平稳地震信号具有更好的局部时频分析能力。利用基于一维连续小波变换的时频分析方法(time-frequency continuous wavelet transform,TFCWT)和基于Kolsky衰减模型的大地滤波算子，在时频域内实现了地震波能量的衰减补偿。理论模型和实际资料试算结果表明，相较于小波域(时间-尺度域)内的衰减补偿方法，基于一维连续小波变换的时频域地震波能量补偿方法能够更好地补偿深层衰减地震信号，提高地震资料的分辨率。
高分辨率归一化自举微分相似系数(Normalized Bootstrapped Differential Semblance，NBDS)速度分析方法为地震资料的高分辨率速度分析提供了一种新途径。其具体思路是在标准相似系数法速度分析基础上引入归一化微分相似系数和统计学中的自举法，利用归一化微分相似系数对于地震道序的敏感性，通过自举法改变地震道排列顺序来放大相邻地震道间子波飘移量，在压制噪声产生的高相干值的同时使得速度分析相干算子最大化，从而提高速度分析算子的分辨率，改善常规相似系数叠加速度谱能量团发散现象，提高速度拾取精度。理论模型及实际地震资料试算结果表明，高分辨率NBDS速度分析结果的分辨率明显优于标准相似系数法，可代替标准相似系数法应用于时域速度分析构建速度谱。
基于分形高频初始模型和低频先验信息的储层物性参数随机反演方法综合利用混合先验信息和统计岩石物理模型，在贝叶斯理论框架下直接反演储层物性参数。首先通过分形高斯模型算法和克里金插值得到物性参数的先验信息;然后根据统计岩石物理模型建立弹性参数与储层物性参数之间的关系，构建似然函数;最终利用基于模拟退火法(Simulated Annealing,SA)改进的粒子群优化(Particle Swarm Optimization,PSO)算法(SA-PSO)实现后验概率密度的抽样。与确定性反演结果相比，该方法能够有效地融合测井资料中的高频信息，提高反演结果的分辨率，并且先验信息中融合了低频成分，可以得到宽频带的反演结果。一维和二维实际资料反演得到的孔隙度、泥质含量和含水饱和度与井资料吻合很好，分辨率较高，验证了该方法的可行性。
有限内存BFGS(Limited-memory Broyden-Fletcher-Goldfarb-Shanno,L-BFGS)方法是地震全波形反演(Full waveform inversion,FWI)中应用最广泛的优化方法之一。该方法需要提供Hessian逆矩阵的一个初始近似矩阵，初始近似矩阵可以在每次迭代中都进行更新，也可以固定不变。L-BFGS法的收敛性能与初始矩阵的选择以及更新方式紧密相关。在分析了全波形反演中Hessian逆矩阵的几种不同近似方式之后，分别将它们作为初始矩阵应用到了时间域L-BFGS法全波形反演中，详细比较了不同近似方式对反演精度和效率的影响，为L-BFGS法全波形反演中初始矩阵的选择提供了依据。数值试验结果表明，在不同的初始矩阵选择以及不同更新方式下，L-BFGS法的收敛速度表现出明显差异。当初始矩阵固定不变时，以虚震源为基础的两种方式收敛最快，采用波场能量矩阵的两种方式要慢一些，其中包含有记录残差反传波场能量的方式收敛最慢。初始矩阵每次迭代更新时，各种方式的收敛速度都慢于固定不变时的情形。此外，同种方式分别作为L-BFGS法的初始矩阵和共轭梯度法的预条件矩阵时，L-BFGS法的性能要优于预条件共轭梯度法。
微地震监测是了解井下水力压裂效果的重要手段，震源机制的矩张量反演是了解压裂过程中裂缝破裂情况的主要工具。采用广义反透射系数方法正演理论地震记录，用矩张量描述震源属性，求解观测记录和矩张量的线性方程组，反演出震源机制解，并得到水力压裂所产生裂缝的方位和倾角等参数，为压裂裂缝的解释和压裂效果评价提供依据。理论模型和实际微地震资料的正、反演结果证明了方法的有效性。
对最小平方约束下的反演谱分析方法(CLSSA)的应用效果进行了分析研究。首先介绍了求解频谱的线性方程组的构建以及迭代求解过程。随后对单子波、频率混叠的余弦模拟道及单子波道进行了试算分析，并与短时傅里叶变换(STFT)以及S变换方法进行对比，结果表明，相较于传统时频分析方法，采用Hilbert变换构建复数道进行CLSSA分频的方法，同时具有更高的时间和频率分辨率。最后，分别采用STFT方法、S变换和CLSSA方法对实际地震数据进行分频处理，并提取沿层最大振幅切片以及主频切片，对比分析表明，CLSSA方法能够用更小的时窗更准确地拾取地震记录中的频率变化，即在保证频率分辨率的前提下能够得到更高的时间分辨率，清晰地刻画研究区内目标层位的辫状河道特征。
从TTI介质弹性波波动方程出发，推导出逆时偏移高阶有限差分算子，应用完全匹配层(PML)吸收边界条件压制边界反射，通过高阶有限差分与通量传输校正(flux-corrected transport,FCT)方法压制网格频散，建立起常规的TTI介质弹性波有限差分逆时偏移流程。在此基础上针对逆时偏移存储量大的问题，采用计算换存储的思路，引入随机边界条件有效减少存储空间，给出了便于实际应用的TTI介质弹性波随机边界逆时偏移方法实现流程。最后采用传统的拉普拉斯滤波方法压制低频成像噪声。多层模型和逆掩断层模型试算结果表明，随机边界逆时偏移流程与常规有限差分逆时偏移流程成像界面位置一致，只是存在少量可以忽略的随机噪声，证明了该方法的正确性与有效性。
高斯束偏移作为一种射线类偏移方法的改进算法，兼顾了成像精度和运算效率，越来越受到人们的关注。在传统高斯束叠前成像算法的基础上，引入地下介质各向异性参数，通过修改运动学和动力学射线追踪方程，发展了基于各向异性介质的共炮域高斯束叠前深度偏移方法。简单各向异性洼陷模型和国际标准各向异性Hess模型的试算结果表明:各向异性参数对地震记录的大偏移距信息影响较大；对于地层各向异性不能忽略的探区，采用基于各向异性介质的高斯束成像方法能够更加准确地刻画复杂的地下构造。
近年来，应用于复杂油气藏勘探的3C-3D、9C-3D等多分量地震勘探技术在裂缝性储层预测中的优势日益受到业界关注。相比于传统的纵波(PP)勘探技术，多波多分量地震勘探技术可以直接引入对岩性、裂缝等敏感的横波(PSV)信息。基于美国Marcellus页岩区3C-3D纵波-转换横波勘探地震资料，在简述快/慢转换横波(PSV-1/PSV-2)法微裂缝探测的基础上，重点论述了纵波-转换横波(PP-PSV)联合反演天然张性微裂缝识别及含气性检测过程，指出基于纵波-转换横波联合反演出的密度、纵横波速度比等组合属性参数能有效地识别天然微裂缝的开闭性，预测有利含气区带。
含油气储层可引起地震信号的能量密度异常，Teager-Kaiser(T-K)能量是刻画地震信号能量密度、表征地震波场能量分布的一种重要属性。借助于分数阶Gabor变换(FrGT)优良的局部时频能量聚集特性，将基于FrGT的时频分析方法引入地震信号T-K非线性能量的计算中，提出了基于FrGT的时频域T-K能量储层预测方法。该方法根据测不准原理确定紧支撑时宽-带宽积下的FrGT最优阶，利用最优阶FrGT将地震信号分解为一系列单频分量，计算并提取单频分量的T-K能量的瞬时属性。理论信号仿真和实际资料的处理结果表明，FrGT可有效应用于地震信号的时频分析，T-K主能量可作为储层预测的一种有效属性。
位于也门共和国马里卜-夏布瓦盆地北部的S2区块内的火成岩断块和断背斜等构造受该区古潜山背景控制,在侏罗纪末期已经基本定型,区内圈闭的形成受持续活动的断裂的影响,断层附近伴生大量的构造裂缝。采用不同的地球物理技术预测了区内不同尺度的裂缝：联合应用蚂蚁追踪技术和本征值相干技术识别大尺度裂缝,应用基于方位各向异性的叠前地震属性预测技术识别小尺度裂缝的方向和密度。综合应用叠后、叠前地震技术进行了研究区内火成岩裂缝储层的预测,预测结果与钻井结果具有较高的一致性。
多年来，对于常规气藏的地震识别和预测已经取得大量的研究成果,且总结了多项有效技术。然而,针对莺歌海盆地东方区高温高压气藏地震预测的应用试验表明,常规的高温高压岩石物理分析、AVO分析以及叠前、叠后波阻抗反演和弹性参数交会等含气性检测方法均无法区分研究区目标层段的气层和非气层。为此,研究并提出了一种密度差值气层识别新方法,利用计算密度(与研究区密度测井和中子测井信息有关)与测井实测密度之间的差值实现气层和非气层的有效分离,再通过叠前反演得到密度差值反演剖面,实现高温高压含气储层中有效气层的识别和预测。实际应用效果证实了该方法的有效性和实用性。
作为网格法数值计算的重要补充和发展，无网格法(meshfree)是近十多年来兴起的一类数值计算新方法。点插值法(point interpolation method，PIM)是一种简单高效的无网格方法，克服了有限元法计算复杂模型时网格生成困难的缺陷，在计算力学领域取得了良好的应用效果。将无网格点插值法(MPIM)应用于大地电磁二维正演数值模拟，介绍了点插值法的基本原理，给出了大地电磁二维变分问题的无网格化求解过程。多个二维理论模型的无网格点插值法(MPIM)、无单元Galerkin法(element-free Galerkin method，EFGM)和有限元法(finite element method，FEM)正演计算结果的对比分析表明:无网格点插值法适用于大地电磁正演，其计算精度较高，较有限元法更便于处理复杂模型;无网格点插值法的精度与无单元Galerkin法相当，但其计算效率更高。
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