反射地震成像是当前用于探测地下结构,指导油气勘探和生产的重要手段。高质量地震成像结果不但依赖于高质量的地震数据和先进的地震偏移成像方法,同时需要有高精度的偏移速度模型。本文的研究工作是围绕提高复杂介质下成像质量展开的,涉及范围包括弱照明区域结构(盐下结构)成像质量的提高、偏移成像结果畸变的校正、近地表复杂介质对地震成像质量的影响以及地震波传播算子精度和效率的改进等。受到采集系统孔径、复杂上覆介质和成像目标倾角等因素的影响,成像结果常常是地下结构的畸变了的像。本文提出了标记地下介质目标结构以获得与该结构相关的地震波场和地震数据信息的染色算法。将该方法用于地震模拟,可在波传播中追踪与被染色标记结构相关的波场,同时获得仅包含来自该结构的地震数据,从而研究与目标结构相关的波场和数据特征：偏移成像中使用该方法,可实现对被标记结构的独立成像,提高目标区域(尤其是盐下弱照明区域)的成像质量。当被染色的目标区域缩小为一个单独的散射点时,利用染色算法可获得来自该点的散射数据。通过对散射数据成像可得到包含当前模型和观测系统影响照明和分辨率的所有因素的点弥散函数。通过对点弥散函数波数域振幅谱信息的提取与处理,可获得该模型在当前观测系统下的地震照明信息。利用点弥散函数与原始深度域成像结果进行反卷积处理,可对原始成像结果中由不均匀照明、地下复杂结构和目标倾角等因素共同导致的成像畸变予以校正,提高成像质量及成像分辨率。利用参数化的随机介质对近地表复杂介质进行描述,利用对单独散射点的数据及成像结果(点弥散函数)可建立近地表非均匀介质复杂性与地下成像质量之间的关系。本文同时发展了用于计算带有强反射边界的非均匀声波介质的混合薄板算子。该方法基于De Wolf近似,将传统基于扰动理论的单程波算子与边界元方法相结合,在每个薄板内计算入射场、边界散射场和弱非均匀性导致的散射场,三者共同构成每层薄板出口处的总场。该方法可有效克服传统基于扰动理论的方法在处理较大速度扰动时存在的困难。