构造复杂、陡峭带通常是油气富聚带,也是当今油气勘探开发的重点目标区。该区地表高低起伏变化大、构造错综复杂,地震波在此介质中传播,其速度在横向上会发生剧烈变化,常规的偏移成像方法对该区构造的成像精度不满足地震数据处理的要求,造成构造解释的多解性。经以波动方程理论为基础的叠前深度偏移算法处理的成像剖面,富含地震波振幅信息,能够有效解决构造复杂高陡区成像精度不高的问题。实际地震资料偏移成像处理一般都选择垂向方向为地震波传播的优势方向,忽略了地震波横向方向传播的变化,从而限制了地层介质偏移成像精度,导致了剖面上出现偏移假象以及进行岩性解释、构造解释、油藏识别时的多解性问题。针对这一问题,提出基于垂直对称轴的横向各向同性介质（Vertical Transversely Isotropic,VTI）的双向地震波场叠加的叠前深度偏移方法,该方法将波动方程在F-K域同时分解为沿垂向方向和水平方向传播的单程波动方程,然后利用宽波场外推步长和线性插值的方法分别计算水平方向和垂向方向上的单程波场总值,最后通过水平方向上的波场值与垂向方向上的波场值所占的权系数比重计算总波场值,对其进行偏移成像。该叠前深度偏移方法不仅包含了地震波垂向方向上的信息,而且还包含了地震波横向变化的信息,有效地解决了地层倾角限制、数值频散等问题,对复杂地表条件以及陡倾角构造具有较高的成像精度。通过对盐丘模型偏移成像理论及仿真分析,证明了该新偏移算法的有效性。叠前深度波动方程偏移算法主要是通过偏移算子进行偏移成像计算。偏移算子的精度直接制约着偏移成像质量的好坏,而目前计算偏移算子的方法主要是利用数值计算方法对偏移算子进行渐进式逼近,但现有的对偏移算子进行渐进式逼近的算法逼近程度较低,与偏移算子的准确值比较存在一定的误差。为了较好的解决上述存在的问题,提出基于VTI介质系数优化的双向波场叠加的叠前深度偏移方法,该方法利用padé近似有理函数展开波场外推算子,然后利用切比雪夫多项式优化展开式系数,推导得到新的波场外推算子。通过数学仿真和模型仿真对比分析偏移算子误差和偏移剖面成像效果,验证新偏移算子的成像效果。总之,本文研究的基于VTI介质的叠前深度偏移算法对改善构造陡峭复杂区成像有效。