随着油气矿产资源的不断开发、以及地壳和上地幔结构的深入研究，地震走时成像空间分辨率较低的问题显得日益严重。因此，本文针对如何提高地震走时成像分辨率而展开了相关的系列研究工作。基础理论方面，考虑影响走时成像分辨率的因素：例如：射线的高频近似假设、射线的覆盖率、不同震相射线的交错概率、介质的复杂性及各向异性属性等，本文尝试了几种提高成像分辨率的方法：引入多震相走时资料，增加不同种类地震射线的密度和交错概率；引入菲涅耳体射线的概念，克服射线类成像高频假设的缺陷；引入一般各向异性的相、群速度概念，克服弱各向异性的假设。正演方法技术，为了使走时成像的方法技术更具普适性，即可进行地方震成像，又可进行区域以及全球成像，文中的正演算法即可在直角坐标系下进行，又可在球坐标系下进行。首先分析讨论了直角坐标系中分区多步不规则最短路径算法的实现，以及计算精度和效率的评价，结果表明分区多步不规则最短路径算法具有全局解、数值计算稳健、计算精度高、以及计算速度快等特点。进而推广到球坐标系、菲涅耳体射线、以及各向异性介质中的分区多步不规则最短路径算法均具有上述特点，因此，不失为多震相走时反演成像中首选的一种正演算法。反演方法技术，主要讨论了共轭梯度求解带约束的阻尼最小二乘问题和子空间反演算法，以及不同模型参数化的归一问题，结合上述正演算法实现了以下地震走时成像方法技术：(1)直角坐标系/球坐标系下多震相走时双参数(速度结构和震源位置、或者速度结构和反射界面)的同时反演成像；(2)直角坐标系/球坐标系下多震相走时三参数(速度结构、震源位置和反射界面)的同时反演成像；(3)多震相菲涅耳体射线走时双参数(速度和反射界面)同时反演成像；(4)利用多震相走时进行一般各向异性弹性参数的同时反演成像。数值模拟实例表明：多震相走时资料能有效的提高成像的空间分辨率，并且利用直角坐标系/球坐标系下多震相走时进行双参数和三参数的同时反演、多震相菲涅耳体射线走时双参数的同时反演、以及多震相走时进行各向异性弹性参数同时反演均是行之有效的地震走时反演成像方法技术。因此，本文的创新性成果主要包括：(1)利用多震相走时资料，提出了一种可在直角坐标/球坐标系下进行双参数、三参数同时反演成像的方法技术，该方法可使用于地方震成像、区域或全球成像；(2)考虑不同频率地震波射线的宽度，提出了一种多震相菲涅耳体射线同时反演成像的方法技术；(3)提出了一种可利用多震相走时资料，反演一般各向异性(含强各向异性)介质弹性参数的方法技术。