目前,基于射线理论的走时层析反演是应用最广泛的速度分析方法,其局限于对射线路径及走时的描述,优点是工作效率高、没有倾角限制且容易拓展应用到起伏地表。但是,常规射线层析方法认为中心射线代表着地震波的主能量,在实现上仅仅将地震波传播用中心射线来描述,这样只能反映出地震波的运动学特征。在复杂模型情况下,容易出现阴影区、焦散等问题,且反演精度较低,不能够满足当前对速度建模的需求。波动方程层析理论上能够提供高分辨率的反演结果,但大部分情况下缺乏低频长偏移距的数据,从而在实际生产中面临种种问题。针对以上问题,本文基于高斯束传播算子,研究了高斯束层析速度建模方法,即一种介于常规射线层析和波形层析方法之间的速度反演方法。高斯束层析反演方法在保留了常规射线层析计算效率的同时,将高斯束算子应用于计算波路径走时层析核函数,提高了速度反演的精度和稳定性。本文从相关成像条件出发,在Born近似和Rytov近似下,推导给出了走时扰动与速度扰动的线性关系,从而构造了成像域波动方程走时层析核函数,建立了波路径层析方程。利用高斯束传播算子计算推导出的波动方程走时层析核函数中的格林函数,将高斯束算子应用于计算波路径走时层析核函数,实现高斯束层析成像。同时,为了提高在复杂构造地区人工拾取的效率,研究了基于图像的全自动拾取技术,并通过全自动拾取技术,拾取偏移剖面上的反射点以及局部地层倾角,减少人工成本,提高整体效率。对比高斯束层析结果与常规射线层析结果,高斯束层析具有较高的反演精度和稳定性,对比高斯束层析速度模型和常规射线层析速度模型偏移成像结果,基于高斯束层析速度模型得到的偏移剖面提供的信息更加丰富,地层构造更加明显。将本文研究的方法应用到丁山探区的实际应用,得到了显著的地质效果。