随着地球物理勘探精度的提高,常规有限差分因其数值频散严重而不能满足勘探要求。本文基于紧致差分理论基础,针对波场数值模拟中的数值频散问题,采用一种高精度、高效率的紧致格式,通过声波和弹性波正演模拟以及声波逆时偏移验证了该格式在数值模拟计算和偏移成像中的低数值频散和高计算效率特征。本文针对地震波场数值模拟和逆时偏移成像技术主要进行了以下研究:首先,对紧致差分方法理论基础进行了详细的论述。基于一、二阶导数近似推导得到七点十阶紧致格式,为进行对比分析,还给出了七点六阶差分格式和十一点十阶差分格式的表达。随后构建出模拟计算所需的差分系数矩阵,推导出了完全弹性介质和粘弹介质中二维波动方程的离散格式,并给出它们进行波场模拟的具体实现过程。其次,通过对差分格式的误差分析与数值频散分析可知,七点十阶紧致格式相比七点六阶差分格式和十一点十阶差分格式模拟的数值误差更小,在同样空间采样情况下数值频散最小且各向异性特征最弱。采用Fourier方法推导出该格式在二维完全弹性声波情况下需满足的稳定性条件。通过均匀声波介质模型的测试结果表明,三种格式在达到相当的模拟效果时,七点十阶紧致格式计算效率最高且所需储存最小,适用于粗网格和长时程的数值模拟。另外,对比Clayton-Engquist边界条件和PML边界条件对边界反射的吸收效果后,采用七点十阶紧致格式对完全弹性介质中的三层声波介质模型、均匀声波介质模型、三层弹性波介质模型、连续薄层介质模型和Marmousi模型进行了数值模拟,并与七点六阶差分格式和十一点十阶差分格式进行对比分析,验证了该格式在正演模拟中的适用粗网格和长时程模拟的优势。在此基础上又将七点十阶紧致格式应用到粘弹介质中声波和弹性波的数值模拟中,均得到了正确的模拟结果,表明该格式在粘弹介质中模拟的可行性和有效性。最后,分别将三种格式应用到各向同性声波逆时偏移中,通过三层介质模型、棱台模型和断层模型进行试算,验证了七点十阶紧致格式在逆时偏移中的可行性和高效性。