研究表明,海水的声波速度随深度呈连续变化并在深海形成声波的波导。海水深层存在的声波波导称为声速剖面,其声波速度亦具有光滑梯度。声速剖面的存在使得由震源发出的地震波在水层内形成反射,称为水层反射。另外,深海声道的存在使得地震波的传播路径和传播时间与均匀速度层情形有所偏离,进而影响水下地层的成像位置。因此,准确地确定海水声速剖面对于海洋反射地震数据的前期处理和偏移成像具有重要意义。为研究利用水层和海底反射构建深海声速剖面以及讨论声速剖面对海底成像位置的影响,通过Munk公式描述水层沿垂直方向上的速度,并对其在地震波响应下的水层反射信号进行速度分析。提出基于人机交互的水层反射地震记录同相轴补偿方法,水层反射同相轴间断现象得到有效改善,在不损伤CMP道集信息的同时,得到声速剖面叠加速度。应用该方法对实际海洋反射地震数据进行计算,亦得到声速剖面的准确叠加速度分布趋势。该方法为反射走时层析提供了更精准的初始速度模型;为研究实际数据中波的运动学响应特征,引入随机速度起伏构造方法,建立具有振幅谱与相位谱的频率-波数域随机过程,应用傅里叶逆变换得到声速剖面随机速度在空间域的表达。在此基础上,应用四阶龙格库塔法数值求解射线追踪方程,发现在随机速度起伏声速剖面模型中射线会发生焦散,产生多走时问题;对深海声速剖面及其伴随随机速度起伏模型下的反射地震记录进行Kirchhoff偏移成像、高斯波束偏移成像计算,得到声速剖面模型下海底成像位置的偏差;结合声速剖面约束下人机交互式速度分析方法得到的叠加速度剖面,利用快速扫描法对程函方程进行数值求解,得到海底反射走时,并应用伴随状态法实现走时层析算法。最终,在反演得到声速剖面的同时为Munk公式参量反演提供了新的途径。围绕声速剖面的速度建模研究对实际数据反演处理有较好的指导意义。