随着我国油气勘探与开发的重点逐步向中西部地区转移,探区的目标体通常会涉及到山丘、沙漠、断陷盆地、高陡构造、低速异常体、孔隙裂缝等特殊地质构造,高精度地震正演模拟与偏移成像技术是描述这些复杂地质构造的有效方法。另外,在实际应用中,传统的单分量成像由于忽略了横波的信息,往往会导致波的传播特性不准确,地下光照不完全,振幅特性较差,而利用弹性波逆时偏移算法对多分量数据进行建模和成像,可以提供更多的地下地质构造信息,如验证亮点反射、评估介质参数和检测裂缝等。因此,本文展开了基于差分系数优化的弹性波正演模拟和逆时偏移成像研究,为后期弹性波勘探技术提供更精确的理论基础。本文首先介绍了有限差分法外推地震波场的基本原理,包括弹性波动方程的推导、有限差分的离散格式、差分系数求解、边界条件、稳定性分析及频散关系等。有限差分算法是求解双曲线偏微分方程（如声波和弹性波）的最常用的方法之一,它具有编程简单,运算速度快等优点,能够分析处理各种复杂地质构造中的波动问题。但是,数值频散是有限差分法的固有缺点,其主要来源一方面与剖分网格的形状和大小有关,另一方面取决于用差分代替微分所产生的逼近误差。本文提出了两种差分系数优化方法,包括基于共轭梯度法的空间域优化法和基于牛顿法的三维时空域平面波优化法,有效提升了弹性波场正演模拟的精度。其次,介绍了弹性波逆时偏移的基本原理,包括纵横波的分离、正反向波场的获取、成像条件的应用,并且给出了弹性波逆时偏移的处理流程。另外,也讨论了弹性波逆时偏移成像过程中的几个问题,如:低频噪音、极性反转、边界储存等问题。为了验证方法的有效性,对几种不同的弹性波逆时偏移方法分别做了测试。最后,针对弹性波逆时偏移成像储存需求高、计算量大的问题,提出了一种伪深度域下的弹性波逆时偏移成像方法,该方法通过域的转换,减少了模型的纵向网格点数,能有效节约计算内存。为了提升算法的计算效率,引入了变差分算子长度的思想,在一定的误差需求下,根据速度的不同设计不同的差分算子长度,有效降低了由速度的非均匀性导致的计算消耗。模型测试表明,使用变差分算子长度的方法能有效提升算法的计算效率,且所损失的精度几乎可以忽略不计。正演模拟技术和偏移成像技术是地震资料处理的核心研究问题,影响着整个石油地球物理勘探的实际效果,随着地震勘探的日益复杂化,理论和方法的优化与更新是解决实际难题的有效方法。针对目前存在的一些问题,本文聚焦于弹性波正演模拟和逆时偏移成像的研究,致力于降低数值频散、提升计算效率、缓解储存需求三个方面,首先发展了两种优化差分系数的方法,有效提升了波场正演模拟的精度,减少了成像剖面的假象,然后提出了一种伪深度域下的弹性波逆时偏移成像方法,有效节约了内存占用,最后引入了变差分算子长度的方法,有效提升了算法的计算效率。