随着现代科学技术的高速发展,人们对地球内部构造特征的探索正向广度和深度迈进,而高频面波成像技术作为探索地球内部构造特征的重要方法之一,其重要性与优越性越来越被人们所知晓。但是,在高频面波成像技术中,基于面波多道分析方法无法突破水平层状介质条件假设的频散分析,导致横向速度变化剧烈的地质模型无法准确重构,而基于面波全波形反演方法又存在诸多困难,比如:反演过程的强非线性、海量数据的计算与储存、时间与空间的高度复杂性等问题。因此,提高面波成像分辨率与成像精度具有重要的实用价值及研究意义。面波正演数值模拟是研究面波传播规律的重要手段也是后期波形反演及地震资料处理的基础。然而,在浅地表实际工程应用中,大多表现为未固结成岩的松散碎屑物质,具有较高的泊松比。为能较好的仿真模拟Rayleigh波在高松柏比地质体中的传播规律,常用的应力镜像-二阶速度展开的自由表面处理方法配合传统的单轴卷积完全匹配层吸收边界（C-PML）会产生数值不稳定问题。为此,本文在单轴卷积完全匹配层吸收边界（C-PML）中借鉴多轴完全匹配层（M-PML）引入稳定性因子的思想,发展了基于多轴卷积完全匹配层（MC-PML）的P-SV型Rayleigh波正演模拟技术,保证了算法的稳定性和无虚假反射干扰,为后续研究Rayleigh波固有的低频、低速、振幅强、衰减慢、信噪比高及频散等特性奠定了夯实基础。在面波多道分析方法中,为获取二维横波速度剖面,本文首先引入改进的Haskell-Thomson传递矩阵正演算法,用以提高频散曲线正演的计算效率;其次,采用Monte carlo反演策略代替非线性全局优化反演,进而改善反演计算效率低及内存占用过高等问题;最后,在面波多道分析方法中,发展了一套基于Monte carlo的Rayleigh波局部线性化反演流程。相比于Rayleigh波全波形反演,Love波全波形反演具有不依赖于纵波参数、正演计算成本低、在反演地表倾斜等地层模型上具有方向独立性等优势,因此Love波全波形反演更可能走向实用化。本文为突破反演算法强非线性这一瓶颈,在PRP衍生类共轭梯度算法中采取多尺度反演框架,观测数据由Winner滤波器分解到不同的频带上,由此模型的更新首先从低频带信息开始勾勒出模型大致构造,随后逐步加入高频信息来刻画模型的精细构造;在整个全波形反演流程中,还采用Hessian矩阵照明补偿作为预处理,提高了Love波全波形反演的成像分辨率。在文章篇节中还给出了面波多道分析与Love波全波形反演在复杂断块模型中的成像分辨率和成像精度上的对比。