常规反射走时层析成像需要拾取连续反射同相轴的走时,并建立同相轴与反射界面之间的对应关系,但对于低信噪比资料,这往往是极其困难的工作。为了克服这个难题,在走时层析成像中引入同相轴梯度是当前的一种发展方向。因此,我们研究了利用走时及其梯度进行联合层析成像的方法。主要的研究工作有:研究了基于局部倾斜叠加原理的反射走时和梯度的自动拾取方法;研究了基于三次B样条函数的光滑速度模型的建模方法;研究了基于标准射线方程的非均匀介质的射线追踪方法;研究了利用旁轴射线理论计算层析反演方程系数矩阵的方法;研究了多类型数据和模型参量的先验信息约束的联合反演方法。在以上研究基础上,研制了反射走时及其梯度层析成像的计算程序。主要功能包括走时及其梯度的自动拾取,连续介质模型的射线追踪和走时及其梯度的计算,以及走时及其梯度的联合层析反演。拾取模块通过寻找反射记录的局部相关同相轴,自动快速地拾取走时、梯度,还可以通过人机交互界面对拾取数据进行人工修正和质量控制。反演模块利用拾取的走时、梯度等数据,结合多参量优化反演算法和多尺度策略,实现了稳定和高效的反演过程。本文方法的最大特色之处在于同时使用了反射走时和梯度,从而不需要在较大偏移距范围内拾取连续同相轴走时,而只拾取容易识别的较少的局部相关同相轴的走时和梯度,也不需要人为地确定局部同相轴对应的反射层位,这对于低信噪比资料的处理具有重要实用价值。同时,增加了走时梯度信息,还可以增强对模型参量的约束,降低了反演问题的多解性,提高了反演结果的可靠性。对合成资料和实际资料的试验表明,本文的反射走时及其梯度层析成像方法快速稳定,能获得较好的宏观速度模型,为偏移成像提供基础资料。