VSP是一种井中地震观测技术。与地面地震相比,VSP资料信噪比高,分辨率高,波的运动学和动力学特征明显。VSP技术提供了地下地层结构同地面测量参数之间最直接的对应关系,可以为地面地震资料处理、解释提供精确的时深转换及速度模型,可以可靠识别地震反射层地质层位,改善地面地震资料解释效果,甚至可以利用VSP资料研究岩性和储层物性,所以,VSP技术是一种很有前途的地震观测技术。随着斜井VSP技术的发展,斜井VSP模型技术也变得备受关注,现已成为垂直地震方法中的一种重要手段。斜井VSP模型技术可以帮助斜井VSP的野外施工设计、选取最佳采集参数;可以帮助识别斜井VSP波场特征,确定适合的波场分离方法,选择处理参数;还可以用来检验斜井VSP处理新方法和最终解释成果,因此开展斜井VSP正演模拟研究就显得非常有必要。本文首先分析了VSP法基本特征,对VSP上的地震波类型和特点作了阐释,在详细研究VSP观测系统的基础上选择了一种合适的观测系统对地震波进行研究。针对二维和三维斜井VSP模型,利用迭代射线追踪方法进行正演,研究地震波的运动学特征。同时考虑到分界面处能量分配规律,计算了射线与界面的入射角,并将计算出的入射角代入Zeoppritz,求取对应的反射系数和透射系数。最后利用计算出的反射透射系数与理论地震子波褶积合成理论的VSP记录。本文从射线理论的程函方程出发,研究完成了二维及三维斜井VSP两点射线追踪正演方法、处理流程和计算程序,形成了具体的正演算法,实现对理论斜井VSP模型的射线追踪走时计算,同时利用射线追踪所得射线参数,考虑了地震波射线的能量特征。通过多个模型的试算检验了方法的正确性。正演模拟了单层、多层反射波,变偏移距的直达波,二维、三维斜井中的各种波正演模型。经正演模拟,可直观看到直达波、反射波的射线轨迹,也可了解勘探范围及各种波的时距关系,能量变化特征。正演结果正确反映了纵波、转换波的运动学特征和随偏移距变化的振幅规律,同时试算结果也表明了方法适应二维和三维的正演。本文选用的迭代射线追踪方法理论上可以用于计算任意形态的光滑界面,经过验证,本方法具有精度高,速度快的优点,可以达到任意给定的精度。本文利用合成VSP记录的流程,通过编制C语言程序完成了斜井VSP的正演。正演的结果与理论分析基本一致,说明了本文所采用的研究思路和算法是可行的,从而为反演研究打下坚实基础。