层速度是地震勘探领域中非常重要的参数,其精度对地震资料处理和解释具有非常大的影响,利用VSP初至旅行时反演地震层速度精度较高并得到广泛的应用。由于VSP在施工中存在着明显的偏移距,且利用VSP旅行时反演层速度时通常假设地层是水平的,在实际应用中主要通过校正来消除这些因素的影响,但地震层速度计算的精度依然不足。因此,如何提高基于VSP初至旅行时的层速度反演精度,并结合地震层速度与测井速度开展三维速度建模,对于提高速度模型精度具有重要意义。论文采用多模板的快速推进法开展程函方程旅行时正演模拟,分析了偏移距和地层倾斜对零偏VSP旅行时的影响。在反演时,依据零偏VSP实际的偏移距和地面地震剖面估计的地层倾角建立二维地层模型,根据程函方程的初至旅行时正演结果与实际初至旅行时之间的最小平方误差建立目标函数,利用模拟退火算法从浅至深开展逐层反演。不同偏移距和不同地层倾斜程度下的层速度反演测试表明,基于程函方程的层速度反演方法比常规旅行时校正后的层速度计算方法在精度上得到了提高,而且有效解决了地层倾斜对层速度反演精度的影响,测试表明该方法能够在实际资料中取得较好的应用效果。在此基础上进一步探讨了各向异性对地震波旅行时的影响,采用因子分解方法开展各向异性程函方程正演模拟,实现了基于旅行时约束的各向异性参数反演,模型和实际资料测试表明能够取得比较合理的结果。进一步利用VSP旅行时开展测井速度和地面地震速度的联合建模,在VSP资料的约束下对测井速度开展了频散校正和尺度粗化,并与地面地震深度偏移速度进行匹配与拼接,采用VSP旅行时约束获得整个井段的地震层速度。在实际应用中,将井震精细标定结果转换为类似于VSP的单程时间-深度控制点进行约束反演,解决了VSP资料缺乏时地震层速度与旅行时特征之间的匹配问题。在此基础上以工区层位和断层数据建立地层格架,对全井段的地震尺度声波测井速度采用克里金插值建立三维速度模型,Kirchhoff偏移方法测试表明,VSP旅行时约束下的井震联合建模能够获得更高精度的三维速度模型,对测井、VSP和地面地震速度的综合研究具有重要的实际应用价值。