面波频散反演方法是一种广泛应用于大尺度区域的成像方法,它可以借助目标区域内覆盖密集的面波射线对地壳上地幔的速度和各向异性结构进行反演,为研究地球内部构造和断层分布提供了行之有效的方法。随着背景噪声成像的出现,它和直接利用天然地震面波进行成像形成了互补。而在石油地震勘探中布设密集的人工震源和检波器使得在勘探工区有着密集射线覆盖,为使用面波进行近地表高分辨率三维速度结构成像提供了便利。本文使用在传统面波频散反演的基础上进一步发展的基于多方位角的面波频散反演方法来获取石油勘探工区的三维速度和各向异性结构。过去,面波频散反演方法研究的重点是速度结构,只有少数研究提供了深度域的各向异性结构。基于多方位角的面波频散反演方法则可以反演不同深度上的速度和各向异性结构。结合不同深度速度和各向异性结构,可以为分析地下介质的分布情况提供更全面的资料。基于多方位角的面波频散反演方法在研究青藏高原东缘和扬子块体西缘的三维速度和各向异性结构时获得了良好的结果,在本文中为首次将该方法应用于石油地震勘探工区,获取浅地表的地质结构信息。在本文中,首先介绍了研究意义和前人在面波频散反演的相关研究,详细介绍了面波的相关基础理论,推导了均匀半空间内瑞雷面波的质点振动轨迹,介绍瑞雷波频散的相关数值关系,同时也介绍了各向异性基本理论。其次,详细介绍了面波频散反演方法的频散提取和层析成像的基本理论,并利用合成数据详细讨论了利用人工震源地震的面波频散进行浅地表反演的可行性,然后介绍了实际数据的相关背景。第四章对基于多方位角的面波频散反演方法的在传统方法上的改进和具体实施技术流程进行了详细的说明。最后,对本反演方法的分辨率和稳定性进行了测试,展示了本方法在实际工区的应用结果并对结果进行了讨论:速度成像结果显示穿过反演区域的一条河道对应于明显的低速区域,且其低速层厚度要明显大于周围区域。河道处的最大快波方向与河道的走向基本一致;在反演区域的东侧有一片厚度小于20 m的表层沉积物,与地表表层的河流冲积形成的沙石堆积物对应。同时,由于河流方向为由南向北,在反演区域南侧形成了更厚的沉积层。各向异性结果显示最大快波方向与流水冲积的方向呈现正相关,深部的各向异性强度要大于浅部。反演结果与实际地质资料基本吻合,可以真实地反映近地表区域的三维速度结构及各向异性信息,为了解近地表地质情况提供了具体的资料。本研究充分表明,基于多方位角面波频散反演方法,可以充分利用勘探数据中的高密度的面波射线获得近地表速度结构,为近地表静校正等工作提供更准确的模型。