地震波逆时偏移是建立在矢量波理论上的深度域偏移方法。它的原理是对检波器记录的波场按照时间的反方向进行延拓,然后选取合适的成像条件，对振幅值进行提取，最后叠加得到反射界面的偏移剖面。地震波叠前逆时偏移在处理多波多分量地震资料方面比常规偏移方法有很大的优势。叠前逆时偏移是基于双程波动方程的偏移方法，因此在偏移过程中不会受到地层倾角和介质横向速度变化的限制，同时逆时偏移在计算中保留的波场的矢量特征，可以得到更高精度的成像。逆时偏移的实现需要庞大的计算量，而且计算过程中会产生低频噪音，这些问题阻碍了逆时偏移在实际生产中的应用。本文从弹性波方程逆时偏移的基本理论出发，利用交错网格高阶有限差分法求解一阶速度-应力方程，推导出了弹性波方程的逆时延拓格式，使用完全匹配层对边界反射进行压制，完成了弹性波动方程的逆时延拓。影响逆时偏移结果的一个重要因素是成像条件。本文对常用的几种逆时偏移成像条件进行了探讨，着重研究了互相关成像条件，并且针对互相关成像条件在成像过程中会出现噪音的问题，使用归一化互相关成像条件与波场分离成像条件对层间反射进行了压制弹性波叠前逆时偏移的另一个问题是计算量过大。针对这个问题，引入了GPU高性能计算。首先研究了GPU并行计算的基本理论与编程模型，然后对GPU并行程序的优化进行了探讨，最后完成了弹性波叠前逆时偏移的GPU并行程序的编写与优化，并通过模型对逆时偏移的效果与GPU并行计算的加速效果进行了验证。模型试算表明：1)弹性波叠前逆时偏移对复杂构造成像具有很好的成像效果，成像质量相对传统偏移方法具有很大的优势；2)改进后的互相关成像条件对层间反射的压制较好，可以提升偏移结果的保真性；3)GPU并行计算可以大幅度提升弹性波逆时偏移的计算效率，对推动逆时偏移的广泛应用有很大的作用，有非常良好的实际应用前景。