中国南部和西部油气区高陡构造异常发育,速度横向变化剧烈,地下构造复杂,速度建模和成像面临着巨大的挑战。针对复杂区构造成像,目前叠前深度偏移发展已经十分完备,并且都得到了非常广泛的应用,例如Kirchhoff偏移、单程波动方程偏移,以及后续发展的高斯束偏移和逆时偏移。与偏移算法迅速发展相比,速度建模方法的发展却比较落后,不能满足成像方法对速度模型的需要。目前,基于射线的走时层析反演是应用最广泛的速度反演方法,它能够提供较为精确的旅行时和宏观速度模型。但其空间分辨率仅限于第一菲涅耳带范围,在复杂模型情况下常规射线传播容易出现阴影区、焦散等问题,而且射线传播过程中也仅仅考虑射线上的网格点,因此构建的灵敏度矩阵非常稀疏且病态,导致反演非常不稳定,反演精度较低,不能够满足当前对速度模型的需求。而波动方程层析以及全波形反演从理论上能够提供最高分辨率的反演结果,但限于其对数据的完美假设而在实际应用中存在种种问题。针对以上问题,本文研究了高斯束层析反演方法:一种介于传统射线层析以及波形层析之间的一种折中的反演方法。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,利用高斯束核函数构建灵敏度矩阵,提高了反演的稳定性。本文首先从层析理论出发,推导了常规射线层析方法,进而引出高斯束层析反演方法,并且从理论上推导出了高斯束核函数计算公式,给出了高斯束初值选取原则以及核函数边界确定方法。高斯束层析反演可以应用于多种层析反演中,如初至层析、斜率层析、层析偏移速度分析等,而本文主要应用于层析偏移速度分析中。主要基于高斯束叠前深度偏移不仅在处理高陡构造具有很大的优势,而且能够直接提取高分辨率的角度域共成像点道集(ADCIGs),将其输入高斯束层析反演中可以获得精确的偏移速度模型。为了避免在高陡构造地区人工拾取的繁杂,本文提出了全自动拾取技术,自动获取反射点坐标与地层局部构造倾角。最后,将高斯束层析结果与常规射线层析结果进行了对比,可以看出高斯束层析反演具有较高的反演精度和稳定性,并且进行实际资料试算,结果说明该方法在复杂的探区也取得了很好的效果。综上可知,本文的方法是一种高精度的速度反演方法。