近年来,石油天然气能源的意义和地位日益提升,与之相关的科学研究如火如荼。地震波场模拟作为地震勘探研究的一环,其重要性日益凸显,尤其在逆时偏移和全波形反演等方面,对地震波场数值模拟的精度有了更高的要求,模拟精度直接关系到这些反演处理方法的成像效果。基于有限差分的地震波场数值模拟是常用的波场模拟方法,被广泛应用于各类地下介质的研究。本文介绍了有限差分法的原理、实现方法和误差分析。同时,针对波场模拟无边界时影响模拟精度的问题,介绍了常用的PML吸收边界方法。由于有限差分法在原理上就引入了截断误差项,使得数值模拟累积一定的误差,出现伪波动。研究表明,通过截断伪谱法的空间褶积序列,可以得到有限差分算子。为降低数值频散,本文提出了一种基于自褶积Kaiser窗截断的交错网格优化差分算子,并对其进行不同模型下的验证。结果表明,该方法可以有效降低数值频散,并且可以用低阶精度的波场模拟代替常规差分算子高阶精度的模拟结果,大幅降低计算成本。为了进一步模拟真实的地下介质,本文研究了基于Biot理论的双相介质模型,应用优化差分算子得到了频散更低的波场模拟结果。结果表明,不同固相和液相成分的相互作用,对地震波场的形态和传播产生不同的影响。