复杂近地表结构不仅影响地震勘探的激发和接收，使野外采集难以获得较高信噪比的原始资料，而且严重影响地震资料的成像和振幅保真处理，弄清复杂地区近地表速度结构，对于解决采集中的激发问题、资料处理中的静校正问题、波场延拓问题、振幅保真问题都具有十分重要的意义。多年来人们发展了多种表层建模方法，其中一维建模方法有山体速度调查、浅层折射法、微测井法、微VSP测井法等，二维和三维表层建模方法有内插法、层析调查法、初至折射方法、初至折射层析法、初至旅行时层析方法等，在较系统研究这些方法的基础上，开展了研究工作，取得了一些的进展。与微测井方法相比，微VSP测井能够利用记录中的上行波预测未钻遇地层的速度和厚度，使调查的深度更深；由于其不破坏井眼，能利用生产井开展高密度的表层调查工作，建立更精细的表层速度模型。为更好地发挥其优势，研制了井下三分量检波器串，建立了完善的微VSP测井资料采集、资料处理解释技术流程；完善了有偏微VSP上行波分离的中值滤波分离方法，建立了用于预测未钻遇地层速度、厚度的优化目标函数，并将遗传算法用于该优化问题的求解，实现对未钻遇地层速度、厚度的预测。初至旅行时层析包括初至拾取、初始模型建立、正演模拟、反演等主要步骤。射线追踪的精度和效率是层析成像的关键环节之一，提出了高效率高精度的混合模板最小旅行时射线追踪方法，建立了统一形式的旅行时节点位置优化目标函数，并对二、三、四阶模板进行了优化，形成了优化模板最小旅行时射线追踪方法，并用理论模型对这两个射线追踪方法进行了测试。常规的初至旅行时层析仅仅是对旅行时的反演，其反演的稳定性和结果的合理性得不到保证，为此，建立了对旅行时、多方向视慢度反演的新的多目标非线性初至旅行时层析反演目标函数，并详细介绍了求解方法；最后用理论资料对多目标非线性层析方法进行了测试，并对实际资料进行了试处理。浅层折射资料的常规解释方法要求地表比较平坦，它极大地限制了该方法在地形复杂地区的使用，而层析反演方法能适应任意复杂的地形，通过简化模型和使用虚网格技术成功地将层析方法用于对浅层折射资料的反演；微测井资料的常规解释方法假设了初至波按直线传播和井筒铅直，而实际情况并非如此，为更好地利用微测井资料，通过简化模型和使用虚网格技术将层析方法用于对微测井资料资料的反演；提出了微VSP资料的迭代层析反演方法，并研究了遗传射线追踪算法；最后用理论资料对上述方法进行了测试，并对实际资料进行了试处理。常规的内插建模方法只适用于层状表层模型，在复杂地区应用困难，为此，改进了内插建模方法，将内插建模过程分为调查点速度分层、速度分界面内插、速度内插等三个步骤；并介绍了层析表层调查法、初至折射法、初至折射层析法等方法和模型闭合技术，还展示了这些方法的应用情况。为更好地检验和展示表层建模技术的应用，首先将其应用于资料采集中，总结完善了高速层激发的理论依据，建立了优化井深设计流程。然后将其应用于资料处理中，提出了多目标非线性层析静校正、基于多目标非线性层析的波场延拓近地表校正等方法。最后展示了以上方法技术的应用效果。