对于复杂变速介质成像，常用的时间域成像方法已不能满足实际需要，必须借助于深度域成像方法，特别是三维地震叠前深度偏移方法。选择合适的深度偏移方法很重要，但其速度模型建立更为关键。另外，叠前深度偏移与速度建模均需要巨大的计算机资源，为有效地实现三维叠前深度偏移，合理的处理流程与方法选择也十分重要。本文从叠前深度偏移方法原理比较分析入手，深入探讨了相关深度偏移方法的特点，并对各类速度模型建立方法也进行了研究。在此基础上，结合一个横向变速的三维地震工区实例，详细论述了横向变速条件下三维叠前深度偏移的建模思路与实现方法，提出了先进、实用的有关叠前深度偏移、速度建模及优化使用计算机资源的一系列实用方法。实际偏移结果与井资料的一致性证明了上述方法的有效性和实用性，这对推进三维叠前深度偏移的应用与发展并取得良好的成像效果具有较大的实际意义。 本文首先对有利于复杂波场成像的各类叠前深度偏移方法进行了简要的介绍和评述，其中包括：克希荷夫积分法、分步Fourier法、Fourier有限差分法、空间频率域有限差分法、广义屏法等，以及Born近似与Rytov近似法波场延拓的各自优势，并提出了实际运行三维叠前深度偏移时各种方法的适应范围与使用条件，为方法的合理选择与有效应用提供了前提。第二，针对复杂波场条件下速度模型难以建立的实际问题，比较了当前流行的几种速度建模方法，并提出了具有创新意义的快速、综合速度模型建立法，它可适用各种复杂条件下的速度模型建立，具有较大的推广应用价值。第三，结合差分法正演模拟设计了两个构造相对复杂的正演模型。通过模型的成像效果分析，说明了时间偏移与深度偏移结果间的差异，同时指出了深度偏移的成像优势。利用正演模拟指导建模工作，以实现正确、有效的三维叠前深度成像是本项研究的又一特色。最后指出，三维地震叠前深度域成像是一项理论和实际紧密结合的系统工程，每个环节的工作均对最终成像质量有着重要的影响，因此建立横向变速条件下高效、实用的三维叠前深度偏移处理流程十分重要。我们建立了这一流程并给出了应用实例，且深度偏移结果与井资料的一致性很好，进一步说明了本文所提流程的合理性与实用性。