作为全波形反演中的关键环节,近年来,地震波波场正演模拟越来越受到地球物理学者们的重视,它的地位也显得越来越重要,正演模拟技术的日趋成熟也使得全波形反演技术在地震勘测中应用的可能性变得越来越大。地震波波场正演模拟方法的种类很多,一般将其分为波动方程法、积分方程法、几何射线法三大类。本文主要从波动方程法入手,基于复杂介质的地震波波场,对几种波场正演模拟方法进行了优缺点的对比分析,并就使用有限差分法进行正演模拟时存在的一系列问题进行深入研究,给出分析过程和最后结论,并对存在问题提出了可实施的有效改进方案。本文的研究内容和最终取得的成果主要有:1.从固体力学的角度分析本文所使用的地震介质模型,即声学介质模型,重点研究它的性质,并对声波波动方程进行详细推导。2.主要研究有限差分法的基本原理,并给出相应的流程图,依据Taylor公式和其它一些数学方法推导有限差分法的公式,研究规则网格和交错网格有限差分的网格剖分原则及过程,选择三种复杂的介质模型进行了仿真计算,通过对结果的对比分析发现在运用有限差分法进行波动方程正演模拟时所出现的一些问题。3.针对另外两种基于波动方程的正演模拟方法——有限元法和伪谱法进行重点研究,从它们的发展过程和基本原理出发,将它们与有限差分法进行对比分析,找出它们各自的优势和劣势。4.对波动方程有限差分正演模拟中的关键问题——边界条件和数值频散进行深入研究。通过模型计算,对比分析两种不同吸收边界反射的方法——Clayton边界条件和完全匹配层(PML)技术下的结果,最终找到合适且高效的边界条件,它不仅相对节约计算成本而且效果比较好;此外,从理论上详细分析数值频散及其产生的原因,通过提高差分精度和运用通量校正传输(FCT)技术对数值频散进行有效压制,并提出了一种优化的FCT技术,通过模型计算验证了该技术的正确性和有效性,最后结合PML技术和优化的FCT技术对三种复杂介质的地震波波场进行了正演模拟,均取得不错的效果。