双聚焦算法是一种以波动理论为基础，基于地质模型的观测系统分析方法。该算法通过观测系统和目标地质体之间的波场正反向外推计算聚焦特征函数，从而定量反映给定观测系统下的目标地质体的偏移成像质量，照明强度分布等信息。因此，较之当前应用的观测系统分析方法，它具有独特的优势。然而当前的研究结果只能应用于简单的介质模型，因此开展了平界面层状介质模型双聚焦算法的理论和应用研究，以及弯曲界面层状介质模型和复杂介质模型的双聚焦算法的研究。在介绍了双聚焦算法的理论基础后，给出了平界面层状介质模型双聚焦算法及其实现过程，提出聚焦成像空间分辨率的分析方法，并研究了应用该算法开发观测系统分析优化软件中的一些问题，介绍了该软件的功能；此后，推导了弯曲界面层状介质模型的双聚焦算法，而且进行试算和初步的验证；最后给出了复杂介质模型下的双聚焦算法，并进行了模型试算及结果分析。