在油气勘探中,随着对地震勘探精度要求的不断提高,对地震成像方法的要求已不仅仅是满足于得到地下构造成像,更希望能够得到地下目标岩性体的振幅信息。人们通过对地震数据进行偏移成像得到反射界面的成像振幅,并认为成像振幅能够反映出反射界面的岩性变化,进而通过沿层属性切片技术对地下储层空间展布进行刻画。但是受上覆地层复杂地质构造的影响,偏移得到的目标层位的振幅信息无法正确反映岩性信息的变化。保幅偏移成像方法是从反演角度来消除上覆地层介质的影响。但是对于上覆地层和目的层成像之间的关系依然鲜有研究。针对这一问题,从正演的角度出发,借助GPU并行加速技术,使用高阶交错网格有限差分方法对不同地质模型进行正演模拟,研究上覆地层和目的层成像振幅信息之间的关系,为后续实际地震资料处理过程中进行岩性识别、储层预测提供理论帮助。在交错网格有限差分公式的推导过程中,将PML衰减系数整合到差分公式中,将核心计算区域和PML边界吸收区域统一起来,建立了含PML衰减系数的交错网格有限差分公式。结合交错网格和GPU的特点,使用GPU对交错网格有限差分算法进行加速,充分利用GPU芯片内的高速共享存储器,实现了基于GPU的三维高阶交错网格有限差分正演模拟算法,提高了算法的计算效率并取得了满意的结果。通过三维高阶交错网格有限差分正演模拟GPU算法对不同的模型进行正演模拟,研究了目的层成像振幅随上覆倾斜界面倾角变化的规律。从上覆界面的深度、高差和上下层速度等几个方面,研究了水平界面、背斜界面和向斜界面对目的层成像振幅的影响。分析了上覆岩性异常体的速度、半径的变化和目的层成像振幅之间的关系。基于一系列正演模拟结果,分析了上覆地层介质变化与目标层振幅之间的量化关系,对于分析偏移成像后地震振幅的保真性具有理论意义和实用价值。