在对波动方程深度偏移成像和偏移速度分析的发展历程、现状和存在的问题进行分析的基础上，利用波动方程的单程波方程，对波动方程叠前深度偏移成像与速度建模方法进行了系统的理论研究。在波动方程叠前深度偏移成像方法研究中，首先对波场传播的散射理论的广义屏波场传播算子进行研究，作者提出了稳定的Born近似广义屏波场传播算子、稳定的拟线性Born近似广义屏波场传播算子和稳定的Rytov近似广义屏波场传播算子以及高阶广义屏波场传播算子的统一公式。对目前应用最为广泛的三类波场外推算子的特性进行了比较与评述。所推导出的波场传播算子均经过了理论模型的验证，获得了理想的结果，证明了这些波场传播算子的正确性和精确度。本文不仅针对常见的叠前道集数据，如炮点—检波点域道集数据和中点—偏移距域道集数据提出了以上述算子为基础的波动方程叠前深度偏移成像算法，而且还提出了适用于叠前数据平面波波动方程叠前深度偏移成像的统一算法以及广义地震数据合成及其波动方程叠前深度偏移成像算法。这些算法都具有计算稳定性、高效率、速度模型横向变化的适应性和用于偏移速度分析的可行性。所有这些算法均在国际通用模型—Marmousi模型数掘进行了验证，取得了很好的偏移成像结果，说明了这些偏移成像算法的可靠性与实用性。在速度模型构建方法研究中，本文根据波动方程叠前深度偏移成像与速度模型及其相互依赖性，提出了初始速度模型构建和波动方程偏移速度修正的速度模型两步构建法。在初始速度模型构建中，根据初始速度模型构建的需要，提出了不需进行NMO速度分析和NMO校正的平面波扫描水平叠加方法。利用平面波扫描水平叠加剖面上的层位T₀时间结合叠前地震数据的波动方程层剥离技术，提出了初始速度模型构建的剥层层速度分析方法，该方法直接给出深度域的层速度模型。在偏移速度模型修正中，利用射线角或射线参数p_s域共成像点道集的剩余时差，在p_s域共成像点道集平面波扫描水平叠加剖面层位Z₀深度的基础上，提出了结合p_s平面波数据波动方程剥层的速度垂直修正方法。该方法不仅突破了原有速度垂直修正方法的小偏移距、横向速度均匀和小倾角的限制，而且直接对深度域的层速度模型进行修正。所提出的速度模型构建方法在大庆陆相凹陷模型数据进行了验证，取得了很好的偏移成像结果，说明方法是可行的和有效的。在波动方程叠前深度偏移成像和速度模型构建研究的基础上，本文还对时间偏移成像与深度偏移成像的关系、Claerbout提出的常规偏移成像与Berkhout提出的双聚焦偏移成像的关系以及偏移成像的速度模型进行了讨论，以深化对波动方程叠前深度偏移成像和速度模型构建的认识。本文共分五章，第一章绪言，对波动方程叠前深度偏移成像与速度模型构建的重要性、发展的历程以及存在的问题进行了回顾；第二章为波场外推算子研究，介绍了在单程波方程的基础上，对稳定的广义屏波场传播算子进行的详细理论推导，以及对目前波动方程叠前深度偏移成像中常用的三类波场传播算子的比较与评述；第三章是波动方程叠前深度偏移成像算法研究，介绍了针对各种不同叠前原始道集数据和合成道集数据提出的波动方程叠前深度偏移成像算法及其特性分析；第四章是偏移速度模型构建，讨论了根据波动方程叠前深度偏移成像与速度模型和速度模型构建间的相互依赖性提出的初始速度模型构建和偏移速度修正的偏移速度模型两步构建法；第五章是结论。本文的主要创新点有，1)提出了精度更高、对地下速度强横向变化适应性更好、计算更稳定的地震波场传播算子—稳定的Born近似波场传播算子、稳定Rytov近似波场传播算子和稳定的拟线性Born近似波场传播算子以及高阶广义屏波场传播算子的统一表达式；2)给出了叠前数据平面波偏移算法的统一表达式；3)提出了广义地震数据合成及其偏移成像方法；4)提出了叠前数据的平面波扫描水平叠加方法；5)提出了具有自己特点的初始速度模型建立、波动方程层剥离和速度修正和迭代的偏移速度分析方法。