叠前深度偏移对复杂地质构造能精确成像，多波联合深度偏移可以有效减少纵波勘探的多解性。叠前深度偏移的前提及关键是高精度的速度模型。目前已有的多波速度分析不能满足叠前深度偏移的需要，因此迫切需要重新建立一套高精度的速度分析方法。为此，本文开展了多波深度域速度分析和深度域层位匹配的研究，并通过模拟数据和实际数据进行应用测试。由于叠前深度偏移对速度模型高度敏感，因此可以根据偏移的误差来进行偏移速度分析，建立纵波速度场。偏移速度分析是在共成像点道集上进行的，本文利用Kirchhoff积分法叠前深度偏移形成纵波共成像点道集。推导了纵波共成像点道集的速度更新方程，依据共成像点道集拉平准则对纵波叠前地震数据进行叠前深度偏移速度分析。速度分析采用剥层法从上到下逐层进行，并用地质层位进行约束更新，最终建立深度域纵波速度场，为叠前深度偏移提供高精度的纵波速度场。由于共转换点道集的转换波速度分析累积误差大、分析精度低，本文提出一种高效、高精度的转换波速度分析方法。基于散射理论和散射波的波场特征，利用改进的等效偏移距共散射点道集进行速度分析和叠加成像，转换波共散射点道集的形成和偏移成像不依赖于任何纵波信息。对多波时间域成像剖面进行层位对比，拾取纵横波层间速度比，结合纵波速度场和纵波深度域成像剖面，将时间域层间速度比换算成深度域，从而建立高精度的横波速度场。若速度场存在误差，实际地震数据的多波深度域成像剖面可能存在深度不一致的现象，需要进行层位匹配。本文推导了多波深度域层位匹配公式，更新横波速度模型，使得多波成像真正符合深度一致性原则，为多波联合解释提供方便。对水平模型、起伏模型、凹陷模型和实际野外地震数据进行了多波深度域速度分析，结果表明联合本文提出的纵波Kirchhoff积分法叠前深度偏移速度分析方法、基于等效偏移距共散射点道集的速度比分析方法和多波深度域层位对比方法得到的纵波速度场和横波速度场的精度较高，能够满足多波叠前深度偏移对速度场的要求。