随着地震勘探的不断深入,勘探的重心也已由简单的构造成像转向更加复杂的岩性反演,如何获得地下精细的介质参数模型（如速度、密度、各向异性参数等）已成为目前勘探地震学面临的主要问题。当前主要有两种途径来获得地下宽波数介质参数,第一种主要包括叠前深度偏移（PSDM）、偏移速度建模和振幅分析方法（如AVO/AVA）三大部分;第二种是全波形反演（FWI）方法。这两种途径都试图得到地下全（宽）波数的参数模型,然后进行储层的地震地质解释工作。虽然全波形反演是目前最具吸引力的一种精细建模技术,但因其强非线性特点,反演结果严重依赖于初始模型,如何建立准确的初始模型对全波形反演至关重要。基于双程波传播算子的波动方程偏移速度分析（WEMVA）是一种利用反射地震信息来估计宏观背景速度场的成像域自动化建模技术,该方法通过衡量偏移后成像道集之间的一致性（如聚焦性和拉平程度）来进行速度更新。但该建模技术也面临一些问题:（1）常规逆时偏移（RTM）结果中含有假象,该假象不仅影响成像道集的质量,同时也对后续解释工作造成困扰;（2）基于RTM的成像道集输出计算量巨大,即使针对实际的二维情况,计算代价也难以承受,不容易拓展到三维;（3）传统基于微分相似最优化（DSO）目标函数的WEMVA容易受噪声影响,产生梯度假象。这些问题都限制了WEMVA在背景速度建模中的应用。因此针对这些问题,就如何获得高质量的RTM成像结果、快速稳定地输出RTM成像道集以及构建具有凸函数特性的WEMVA目标函数的研究是非常有必要的。在当前反射波成像的理论框架下,从成像和速度建模一体化出发,为了获得地下高质量成像和宏观背景速度场,本文基于双程波传播算子,首先利用逆时偏移得到高质量的成像结果（成像道集）,进而以成像道集作为数据输入,通过波动方程偏移速度分析迭代反演得到地下宏观背景速度场。论文研究工作主要在声介质假设下,围绕逆时偏移成像道集提取和波动方程偏移速度分析两个方面展开,重点研究了逆时偏移中假象的成因及回转波假象去除方法、各向同性与各向异性VTI介质中基于逆时偏移的角度道集快速提取、基于DSO目标函数的成像域WEMVA以及基于最佳输运（OT）目标泛函的WEMVA。论文通过成像域基于声介质逆时偏移的一系列工作,试图为后续的数据域波形反演给出一个合理且较好的初始速度,为全（宽）波数带速度建模提供低波数部分。论文取得的主要研究成果具体如下:（1）采用波场分解成像条件,分析了逆时偏移中低频假象及回转波假象产生原因,并对比分析了不同假象去除方法的优缺点。针对逆时偏移中的回转波假象,采用基于解析波场的上下行波分解方法实现了该假象的去除,同时提出了基于波长平滑算子的逆时偏移回转波去除方法,该方法考虑了地震波长的因素,通过对速度模型进行波长平滑,使得波场在强速度梯度处的传播特征更接近于真实速度中波场的传播特性。数值实验表明,提出的波长平滑算法能够很好地压制逆时偏移中的回转波假象,并且保持对高陡构造的成像,可在经典的逆时偏移成像框架下进行高效的成像。（2）针对基于局部平面波分解、拓展成像条件和方向矢量的逆时偏移角度道集提取策略,分析了不同策略的优缺点。针对逆时偏移角度道集输出效率低、角度估计不准等问题,发展了一种高效稳定的基于旅行时梯度的角度道集提取方法。与局部慢度分析方法对比表明,旅行时梯度可以给出准确稳定的震源端传播方向,联合构造法向可直接获得地下反射/方位角信息,且具有很高的角度分辨率。理论与实际数据表明,该策略可快速稳定地输出角度域成像道集。（3）采用纯准纵（qP）波波场传播算子实现了具有垂向对称轴的横向各向同性（VTI）介质逆时偏移,并将基于旅行时梯度的逆时偏移角度道集提取策略从各向同性介质拓展到VTI介质,相较于各向异性弹性波方程,该方法无需波型分离,且计算量小。对传播方向分析表明,VTI介质旅行时场梯度同样可给出准确稳定的震源端传播方向。理论数据结果表明,基于旅行时梯度的角度道集提取策略针对VTI介质是可行的。（4）分析了基于微分相似最优化（DSO）目标函数的反演速度分析（IVA）。相较于传统的波动方程偏移速度分析（WEMVA）,反演速度分析将偏移过程中Born正演算子的伴随算子替换为Born正演算子的近似逆,该方法可以获得更高质量的成像道集。（5）将最佳输运（OT）理论应用于成像域WEMVA目标函数的构建,提出了一种基于最佳输运目标函数的波动方程偏移速度分析方法。对该目标函数特性分析可知,即使在较大速度范围内,目标函数仍具有良好的凸函数性质。理论数据与实际资料表明,该方法能够得到较好的地下宏观背景速度模型,可为后续的全波形反演提供良好的初始速度。论文的创新点主要体现在以下三个方面:（1）提出了基于波长平滑算子的逆时偏移回转波假象去除方法。该方法无需波场显式分解后成像,通过引入波长平滑算子,使得波场在强速度梯度处的传播特征更接近于真实速度中波场的传播特性,进而压制回转波假象,可以较好的兼顾计算效率和高陡构造成像。（2）提出了一种高效稳定的声介质下基于旅行时梯度的逆时偏移角度道集提取策略。该策略首先采用震源端旅行时梯度获得稳定的震源端局部平面波传播方向,通过稳定的成像结果估计反射界面法线方向,然后联合震源端传播方向与界面法向获得地下反射角和方位角信息,最后应用基于激励准则的角度域成像条件输出角度域成像道集,方法高效且稳定。（3）发展了基于最佳输运目标泛函的波动方程偏移速度分析。该方法将最佳输运理论运用于成像域偏移速度分析目标函数的构建,首先将成像道集转换为符合最佳输运理论的可能性分布,然后通过Wasserstein距离衡量角度道集中相邻道对应的可能性分布差异来构建目标函数。该目标函数弱化了振幅的影响,在较大速度范围内表现出良好的凸函数特性和单峰属性。