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在地震波的正演、反演及偏移成像研究中，考虑地表起伏状况和介质各向异性均具有重要的实际应用价值，尤其在沙漠、山前带等地表条件复杂的区域。在前人研究的基础上，本文将最短路径射线追踪与层析反演算法推广到起伏地表下的VTI介质的旅行时计算与参数反演中来；在不增加离散网格数量的前提下，通过引入二级节点提高射线的角度覆盖、减少计算量；反演过程中，归一化矩阵的加入使得多参数的数量级得到统一。理论模型的数值模拟表明，本文方法能够可靠地运用到VTI介质的旅行时计算与参数反演中，且具有较高的计算精度与应用价值。