随着我国构造油气藏的勘探开发潜力殆尽,岩性油气藏成为勘探开发的主要目标。我国大部分岩性油气藏具有典型薄互层沉积的特点,其沉积规模小,单层厚度薄,常常低于常规地震勘探的纵向分辨率,常规地震勘探方法对薄互层介质不再适用。论文以托甫台地区TP327井二维垂直地震剖面(Walkaway VSP)资料为基础,提出一套针对薄互层地层的高精度VSP地震处理及解释流程。VSP地震信号分辨率高,可以有效对地下一些小构造及小沉积单元精细成像,有利于提升薄互层储层预测的精度。但是到目前为止,VSP地震资料的处理仍然没有一套完整的工业体系,其原因是VSP地震采用井中观测方式,导致其射线路径在横向和纵向上都具有不对称性,时距曲线也不再具有双曲线特征,地面地震的速度分析、道集成像方法对VSP地震不再适用。论文基于VSP的特殊观测方式,将反射波射线路径上延到跟炮点同一基准面,使其符合地面地震的射线路径特点。然后,通过VSP-CIG转换及反双曲线校正,将VSP的道集转换为地面地震的CIG道集。在成像过程中,引入各向异性校正,使成像精度大幅度提高。在VSP数据高精度处理的基础上,本论文研发了针对薄互层储层的PP波与PS波各向异性联合AVO反演技术。基于Rüger提出的VTI介质的反射系数公式,本论文采用最小二乘法构建反演目标函数,利用高斯牛顿迭代法使目标函数快速收敛。为了降低反演的多解性,在反演过程中适当增加了模型约束条件。最终,本反演方法可以反演得到薄互层基本单元中单砂岩地层与单泥岩地层的纵波速度、横波速度、密度及描述地层互层结构的砂地比参数N/G。理论模型的测试结果表明论文提出的反演方法能够在低信噪比情况下反演得到精确的薄互层弹性参数。论文方法在托甫台327井区得到应用,反演得到石炭-二叠系碎屑岩储层的砂、泥岩纵波速度、横波速度以及密度参数,预测了储层的互层结构。