地震资料的处理是地震资料解释的前提。在实际勘探过程中，获取的实际地震资料会受到各种噪声的干扰，从而影响地震资料的品质。因此，抑制各种干扰，提高资料的信噪比，改善地震资料的品质显得较为重要。为了在提高资料品质的同时保护地质体边缘信息，探索一种能够保持或增强断裂、河道等地质体边界细节的滤波方法是三维地震资料处理过程中亟待解决的问题。本文在前人的研究基础上，利用结构张量获取图像的局部结构信息，并从几何特征、地质构造方面对三维数字图像或地震图像的局部结构进行探讨。结合地震图像的结构特征，利用置信度因子及地层相干系数等参数构建扩散张量的特征值，控制图像沿不同方向的扩散程度，通过求解偏微分方程，实现三维数字图像各向异性扩散滤波，并将该方法成功应用到三维地震图像的滤波过程中。本文主要工作表现在以下几个方面：（1）由Weickert提出的各向异性扩散方程为对象，在二维的各向异性扩散滤波方法的基础上，收集、整理了该方法在数字图像滤波方面的文献资料，并进行了归纳总结，详细阐述了三维各向异性扩散滤波方法的基本原理。（2）从张量积角度给出了结构张量的定义，用结构张量提取数字图像局部结构信息；从数字图像结构特点出发，探讨了图像的面状线性结构和线状线性结构特征，并分析了结构张量的特征值与数字图像结构特征之间的联系。根据这些联系设计扩散张量的特征值，控制图像沿不同方向的扩散程度，达到各向异性扩散的目的。（3）给出了三维图像的结构张量的求解方法和扩散张量的构建方法，详细推导了各向异性扩散方程的离散化方程；设计了三维各向异性扩散滤波算法，采用MATLAB，C++语言混合编程，实现了该滤波算法。（4）根据地震资料处理中常见的地质构造，建立相应的三维地质模型；通过对模型进行加噪，以及滤波试验，对各项滤波参数进行选取，利用峰值信噪比对滤波结果进行评价，验证了各向异性扩散滤波算法及程序的正确性。（5）利用该方法对实际三维地震资料进行了处理，达到了预期的滤波效果，在此基础上对该方法的滤波效果进行了客观评价——该方法能在抑制非相干噪声的同时，能增强地震同相轴的连续性，又能有效地保持断层，河道等信息。三维各向异性扩散滤波方法能有效提高地震资料的信噪比，改善地震资料的品质，能使断层或地质体边界更加清晰，有助于地震资料的后续处理与解释。