瑞利面波在地层横波速度反演和工程无损检测领域应用较为广泛,但两者均利用了瑞利面波的速度特性,有关瑞利面波质点运动的位移特性应用较少,目前有关瑞利面波位移特性的应用主要集中在利用地脉动中面波的水平位移与垂直位移之比——椭圆极化率进行地壳结构和场地横波速度的反演,而有关椭圆极化率在主动源面波勘探中的应用较少。本论文基于有限元数值模拟方法,对均匀介质和横向非均匀介质中点源场激发产生的多模态瑞利面波的地震波场传播规律展开理论研究,主要工作包括以下两个方面:第一是通过对均匀介质模型的有限元地震波波场数值模拟,分析了瑞利面波在均匀介质中的传播规律和质点的运动规律,以及瑞利面波在均匀介质中的地震波形特征、速度特性和椭圆极化率特性,同时通过改变震源中心频率和均匀介质的泊松比分析了不同震源中心频率和泊松比对瑞利面波椭圆极化率的影响;第二是通过对常见的几种横向非均匀体模型的地震波波场数值模拟,分析了地震波在横向非均匀体介质中的传播规律,同时分析了不同类型横向非均匀体模型中地震波形数据特征、速度频散特征和椭圆极化率特征,对比分析了速度频散剖面和椭圆极化率剖面对于不同横向非均匀体的识别效果,同时通过对比全波场的椭圆极化率剖面和分离横向非均匀介质中的高阶面波后得到的椭圆极化率剖面,分析了高阶面波对横向非均匀介质椭圆极化率的影响。通过上述研究,主要得到的研究结果包括以下几点:(1)均匀介质中瑞利面波质点的椭圆极化率随着深度增大先迅速减小,直至出现垂直线性极化时,椭圆极化率接近于0,然后椭圆极化率开始增大,随着深度继续增加,椭圆极化率在一定深度范围内趋于稳定。(2)瑞利面波的椭圆极化率不会随着震源中心频率的变化而变化,不同震源中心频率的稳定频率区间不同,但均大致为震源的主带宽范围;瑞利面波的椭圆极化率会随着介质泊松比的变化而变化,介质的泊松比越小,自由表面介质的椭圆极化率和稳定频率区间的椭圆极化率均越大。(3)瑞利面波在岩性垂直分界面模型中并未发现明显的高阶模式,而在空洞介质模型中会出现高阶瑞利面波,且高阶瑞利面波的椭圆极化率剖面在空洞附近的椭圆极化率异常幅度弱于多模态面波的椭圆极化率剖面在空洞附近的椭圆极化率异常幅度,但强于基阶面波的椭圆极化率剖面在空洞附近的椭圆极化率异常幅度,即高阶瑞利面波是导致空洞附近椭圆极化率异常的因素之一。(4)椭圆极化率剖面较速度频散剖面能更准确的识别出垂直岩性分界面和空洞等横向非均匀体的水平位置和起始深度位置,且计算过程受人为因素影响小,更加方便快捷。