近地表层高程、岩性、速度、构造等对于地面地震勘探,会引起地震剖面相位的畸变,极大地影响着叠加剖面的成像和构造形态,是制约地震勘探的重要因素。本文针对近地表情况,利用初至波传播路径和走时信息,通过合理的走时反演得到近地表介质的速度信息。文章围绕着初至波层析成像,回顾了射线追踪和层析反演的发展历程；根据地震波传播的基本原理,对初至波在表层模型中的传播规律及其特征进行了分析；编程实现了基于Fermat原理的最短路径(SPR)射线追踪方法,最短路径方法是用网络节点之间的最小旅行时连线近似地震射线路径,这种方法可以同时计算出从震源到达空间所有点的初至走时及相应的射线路径,并且不受射线理论约束,所得走时保证了全局最小的特点；对比了两种使用的反演方法：代数重建技术(ART)和联合迭代重建技术(SIRT)。并且实现了编程。文章最后建立了初至波层析反演的流程,通过理论模型试算,反演得到了可靠地表介质速度,验证了最短路径射线追踪和SIRT算法的正确性和可行性。对初至波与近地表的对应关系有了明确的认识,能够更合理更准确的利用初至波信息来解决近地表问题,为解决复杂地表地震勘探资料处理奠定了良好的基础。