地震宽角反射/折射探测剖面利用地震波传播过程中的运动学和动力学特征来分析壳、幔的速度结构以及对壳、幔层位进行划分。目前流行的宽角资料处理方法是基于射线理论的走时反演，通过拾取初至震相走时反演地下介质的速度结构。由于走时反演以高频近似假设为基础，违背了地震资料为带限信号的事实，导致反演的结果往往分辨率较低。本文借鉴地震勘探领域的最新方法，试图建立一个基于波动方程的宽角反射/折射资料处理流程。该流程包括实际资料的预处理，高精度、高效率的波动方程正演模拟方法和偏移/反演算法。　　高质量的地震数据是高精度、高分辨率成像的先决条件。在实际资料的采集中，由于仪器故障、不可到达区域以及不可抗拒的人为因素等原因导致采集的地震资料通常为非规则采样。本文采用傅里叶稀疏反演数据重建算法，将非规则采样的地震数据频谱恢复到规则采样点，通过傅里叶反变换获得规则采样下的地震数据。在地震资料处理中，很多处理方法均基于规则采样，因而非规则采样数据的正则化是非常必要的。在宽角反射/折射资料或者天然地震资料采集中，台站间距通常大于基于波动方程处理方法所要求的空间间距，因此需要将实际的稀疏非规则采样数据重建到致密的规则网格中。傅里叶稀疏反演数据重建算法，为实际资料的全波形反演和最小二乘逆时偏移处理奠定基础。　　高精度、高效率的地震波场正演数值模拟方法直接关系到地震资料的处理成本和最终的速度构造图像的质量，它是偏移、反演算法的基础。谱元法结合了低阶有限元法的灵活性和谱方法的指数收敛性，因其高精度、高效率等优点在地震学中得到了广泛的应用。它通过求解波动方程的弱形式，能够适应起伏的地表以保持物性的不连续性并精确地满足自由边界条件。因此，我们在本文发展谱元法地震波场数值模拟并提出改进算法。尽管较为完备的四边形网格谱元法具有较高的计算精度，但是它不能够灵活地刻画复杂的几何模型。虽然，目前发展起来的三角网格谱元法能够较灵活地刻画几何模型，但是它的计算精度较低。针对三角网格谱元法计算精度低的问题，在本文构建了一个多目标最优化问题获取高精度的数值积分公式提高了三角网格谱元法的计算精度。同时，我们将稀疏压缩行存储(CSR)格式引入到谱元法和有限元法的总体刚度矩阵存储中，节省存储空间并提高了计算效率。相比于带状存储格式，CSR稀疏存储格式所需的存储量减半。对波动方程的时间离散，我们采用保能量的Newmark积分格式提高了计算精度。在谱元法中，我们构建了变分形式的PML吸收边界条件，在两个谱单元内能有效地压制人工截断边界条件的虚假反射波。相比于前人的工作，本文构建的PML吸收边界条件能节省存储量并具有更高的计算精度。为了提高谱元法的计算效率，我们发展了基于MPI通信的网格并行化算法。　　从地震资料中获取介质的速度与构造信息是地震勘探的终极目标之一。本文采用近年来发展起来的高分辨率速度建模方法——全波形反演，它为随后的偏移处理提供精确的速度模型。我们对优化步长公式和反演算法的多个组合进行的对比与分析表明，直接法优化步长公式+L-BFGS反演算法最为有效、可靠。同时，我们讨论了初始速度模型、尺度分解策略和叠加次数对反演结果的影响。对于较复杂的模型，多尺度策略是必须的，采用全频带地震数据导致反演收敛到局部极小值。关于叠加次数的影响，仅4炮的炮集记录反演得到的速度模型仍具有较高的分辨率，这对宽角反射/折射资料的处理具有理论指导意义，但是反演结果信噪比较低。　　地震偏移是获取界面结构和反射率的最重要处理方法。近年来发展起来的最小二乘逆时偏移，通过最佳匹配模拟数据与真实数据能有效地去除采集脚印并改善成像质量。在实际中，通常震源强度很难准确估计而且实际的地球介质是粘弹性的，直接匹配振幅是不理想的，这使得传统的最小二乘逆时偏移在实际中具有一定的挑战性。互相关型最小二乘逆时偏移，它最大化模拟数据与观测数据（反偏移）的零延迟互相关，松弛了振幅约束而强调相位匹配，因而它是一种稳定、实用的偏移方法。本文推导了互相关型最小二乘逆时偏移算法的解析步长公式，提高了反演算法的计算效率。数值试验表明，互相关型最小二乘逆时偏移能够有效地去除低频噪音，提高构造图像的分辨率。