获取横波速度结构是面波研究工作的重点,也是地球物理野外实践工作的目的。通过钻井方法,可以获得浅地表的横波速度剖面。然而,这通常需要大量的钻孔资料,花费大量的人力、物力和财力,并且对环境和生态造成不可逆的影响。高频面波方法为获得拟二维横波速度剖面提供了新的思路。它具有非侵入性、非破坏性、高效且成本低的特点,使其作为地震勘探方法的一个分支得以创立并日益发展,以解决浅层工程地质和环境问题。高频面波方法主要利用面波在层状介质中的频散特性进行浅地表勘探,主要包括了瑞雷波方法和勒夫波方法。在均匀半空间条件下,瑞雷波没有频散现象,而是以一个固定的相速度(例如,当泊松比为0.25时,相速度为横波速度的0.92倍)传播。然而,当地下介质为多层介质时,瑞雷波出现频散现象。对于给定的模式,长波长的成分具有更深的穿透深度,并且对深部更加敏感；短波长的成分则对表层介质更加敏感。高频面波在层状介质中会发育多阶模态,按照顺序依次被命名为基阶、一阶高阶、二阶高阶等。因此,面波方法可以通过反演单模态或者联合反演多模态面波的相速度来获得地表介质的横波速度。因此,判定面波模式阶数,拾取准确可靠的面波相速度值对反演结果的可靠性至关重要。“模式误判’’现象是高频面波方法的模式识别过程中经常遇到的问题。本论文研究了面波不同模态的特征,提出了：(1)在高泊松比情况下,采集到的瑞雷波地震记录含有非几何波,它是一类泄露波。它的存在会导致拾取频散相速度时,将泄露波能量当作面波基阶或者高阶的能量,从而使得反演结果数值相对真实速度模型结果偏大；(2)“模式接吻”现象会导致的模式误判。“模式接吻”现象是瑞雷波勘探过程中经常会出现的问题,它会影响对基阶相速度的拾取,使得反演结果比真实模型的横波速度偏大。数值分析证明了当模型中存在强横波速度分界面时,会增加“模式接吻”现象出现的可能性。(3)在野外数据采集过程中的不当操作或者不合理的偏移距,有可能会造成数据的缺失,产生削平波,它也会影响频散能量图中相速度的拾取。数值模拟实验或(和)实例建议：在采集瑞雷波数据时,选择合适的炮检距和设置合适的仪器动态范围是十分重要的；在提取频散能量之前,对炮集记录进行切除或者滤波等预处理操作可以获得更高精度的频散能量图。此外,瑞雷波勘探的最终目的是为了获取地下的横波速度剖面。在野外勘探过程中,经常采用滚动排列的方式进行多炮的数据采集,这增加了野外的工作任务。本论文提出了一种新的瑞雷波勘探方法-虚源面波多道分析方法,它通过互相关计算,可以实现将检波器位置当作虚源位置,产生虚源炮集记录代替野外放多炮记录,减少野外工作量。由于瑞雷波多模态的特性,模式分离和重构对获得准确的经验格林函数至关重要。数值模拟结果和野外实例证明了该方法相对传统的滚动排列的面波多道分析方法,可以增加工作效率,在浅地表勘探中具有可行性。