波的传播问题在地球物理学的各个分支当中都具有重要作用。地震射线方法发展至今已经被广泛地应用于地震勘探各个领域，例如在三维各向同性及各向异性复杂介质的地震波场计算中发挥着重要的作用。同时对于地震学和油气勘探中出现的复杂横向非均匀介质的正反演问题，提供了有力的解决手段。本文主要研究讨论了逐段迭代射线追踪正演和高斯射线束正演。本文从程函方程出发，研究了能适应三维VSP任意起伏层状介质的逐段迭代射线正演方法。该方法是根据Snell定理和费马原理发展出的一种射线正演方法，只考虑了波的运动学特征。其主要思路是将旅行时方程按泰勒级数展开，并忽略二次项，得到一个计算反射点（透射点）修正量的计算公式。从给定的初始路径出发，逐点计算射线路径与地层的交点，直到整个射线路径的总修正量达到精度要求为止。迭代计算式中只包含有加、减、乘、除计算，提高了计算效率。在复杂层状介质斜井三维VSP多波射线正演模拟中，通过对水平层状介质模型、倾斜层状介质模型和任意起伏层状介质模型的正演模拟，验证逐段迭代射线正演方法在斜井三维VSP射线正演中的应用效果。高斯射线束法是一种快速的地震记录合成方法，通过该方法合成的波场记录不仅能反映波的运动学特征，也能反映高频动力学特征。该方法将波动方程和射线理论紧密结合起来，通过运动学射线追踪获取射线轨迹，通过动力学追踪来获取中心射线附近的高频能量分布，具有运算速度快、精度高等优点。利用高斯束方法，在Windows平台VC++6.0环境下编写了高斯射线束正演程序，并给出了几种典型的模型数值算例来分析高斯射线束的特点。