正确地重建近地表的速度分布是解决地震资料静校正等问题的关键。基于几何射线理论的旅行时层析方法假设地震波频率足够高,这样往往由于射线存模型空间的稀疏分布,使层析反演问题具有严重的不适定性,从而极大地影响层析成像结果的可靠性和分辨率。实际地震波是限带的,其能量主要在激发点与接收点之间的包含几何射线在内的菲涅耳体(Fresnel Volume)内传播,因此利用菲涅耳体代替几何射线进行层析成像,将会得到更优的结果。为克服传统射线层析法的局限性,提高层析成像结果的可靠性与分辨率,本论文主要研究了基于菲涅耳体的旅行时层析成像方法,主要成果有:研究了二维菲涅耳体及其体内各点对旅行时影响系数的计算方法,提出了基于菲涅耳体内各点影响权系数的层析反演算法,形成了二维菲涅耳体旅行时层析成像方法。理论模型实验表明,该方法正确,与射线层析法相比,增加了对模型空间的覆盖范围和覆盖次数,提高了反演的收敛速度和层析成像的计算效率,以及层析结果的分辨率与可靠性。为解决三维层析成像的大计算量和大存储空间等问题,研究了三维菲涅耳体的一种近似计算方法,通过实验,确定了三维菲涅耳体内各点对旅行时的影响权系数的计算函数;提出了一种层析反演的并行算法;形成了三维菲涅耳体旅行时层析成像方法及其并行算法。理论模型实验表明该三维菲涅耳体层析方法具有同二维菲涅耳体层析方法一样的优点。此外,通过模型实验,分析了频率对菲涅耳体层析反演收敛速度和成像结果等的影响,提出了用于菲涅耳体层析成像的一种变频方法。理论模型实验表明,该变频方法可以适当加快层析反演的收敛速度以及提高层析结果的分辨率与可靠性。在以上理论和方法研究的基础上,利用C++编程语言研制了菲涅耳体旅行时层析成像软件,形成了相应的二维和三维软件各一套。主要功能包括,模型建立、射线追踪和旅行时计算、菲涅耳体层析反演、模型及数据显示等。利用该软件,我们对不同的复杂地区的实际资料进行了处理,得到了对应的层析速度模型,利用层析模型,进行了基准面静校正计算与叠加处理。与野外和射线层析静校正效果相比,菲涅耳体层析静校正的效果更好。