地下岩层中的断层、裂缝与孔洞发育带,在经过弱性物质(油、气、水及软性泥沙)填充之后在岩石物性和弹性性质上与围岩有着较大的差异,这种差异便成为利用地球物理方法对其进行识别和检测的基础。但是,由于断裂发育带的空间分布受各种因素的影响往往没有一定的规律性,从而使地震波场特征也无规律可循,难以使用常规的波场对比追踪和地震波的运动学特征进行缝洞识别和检测。大量的研究发现,不规则断裂发育带的波场响应特征与断裂欠发育带存在着明显的边缘或边界,因此找出和圈定这些边界,就可以确定断裂发育带的空间分布,断裂发育带的识别就转化为寻找和检测地震波场的边缘或奇异值。本文通过对曲率属性理论和时频域滤波方法的研究,旨在充分利用和挖掘地震数据体中所包含的空间方位信息,分析地质构造的规模、几何形态和空间分布,恢复地下地质特征,由此可以提高地震资料构造解释的精度与效率。本文主要的研究内容包括:(1)曲率属性分析及实际资料应用。在数学上,曲率用于度量曲线的弯曲程度,曲率属性是利用曲率分析方法来计算地质体在空间上的分布特征。曲率属性用于描述地质体的几何变化,与地震反射体的弯曲程度相对应,对岩层的弯曲、褶皱和裂缝、断层等反应敏感,是寻找地质体构造特征的有效手段。本文首先从曲线曲率的数学定义出发,结合趋势面分析实现了层面曲率属性的计算;列举了常用的曲率属性并对其特点进行了阐述;探讨了层面曲率属性的局限性,在瞬时参数分析的基础上,推导出利用地震数据体中空间方位信息的体曲率属性;引入信号时频分析中的多尺度思想,将不同波长的构造进行分离,实现了分波数体曲率属性的计算;为了突出特定方向上的构造特征,构建了一种计算方位体曲率属性的方法,在此基础之上,引入相干体属性作为体曲率属性的约束条件,得到了一种弱构造信息加强的方法。将曲率属性分析应用于地质模型和实际资料计算中,均得到了较好的效果。通过对曲率属性的三维可视化显示,结合地震、地质资料进行综合解释和分析,由此达到了相应的地质目标。(2)曲率属性分析中的去噪预处理。地震资料的品质是构造解释和岩性解释的基础,常规提高地震资料品质的手段往往在改善信噪比的同时,会损失地震的横向分辨率,模糊断点、地层接触关系以及地质体边界。所以,为了有效保持断层及边界特征,将图像结构信息引入到滤波方法中,由此提出了各向异性扩散滤波算法。本文首先介绍了非线性各向异性扩散方程的基本理论,讨论了不同类型的扩散张量对扩散方程滤波作用的影响,通过稳健的结构张量分别得到了二维和三维各向异性扩散滤波的计算方法。为了有效保留地层断裂等不连续信息,加入了断层算子用于控制迭代步长。将各向异性扩散滤波应用于实际地震资料解释,可以增强地震数据的相干特征,在保持地震反射同相轴边缘信息的同时实现了对噪声的有效压制,改善了资料的品质。与中值滤波相比,各向异性扩散滤波更适用于曲率属性的计算。采集脚印又称为采集足迹或采集痕迹,它是由观测系统设计本身引起的,在资料处理时有时被加以放大,最终残留在地震数据体中,给地震解释带来困难甚至假象。采集脚印会影响叠加剖面的信噪比、垂向分辨率,破坏地震剖面中的地下构造细节和地层反射波组特征,直接影响到储层物性描述的精确性和勘探成果的可靠性。随着小波变换理论的日趋完善,基于小波理论的图像分析和处理技术得到了广泛应用。小波变换具有多分辨率的特点,可以应用于图像修复、噪声抑制等诸多领域。本文首先阐述了采集脚印的定义和产生原因,列举了消除采集脚印的常用技术;介绍了连续小波变换和离散小波变换的概念,分析比较了离散正交小波变换和离散平稳小波变换;提出了一种利用二维平稳小波变换有效消除采集脚印的方法,将其应用于实际的三维地震资料去噪和地震几何属性计算中,均取得了良好的效果。