在整个地震勘探过程中,精确地求取地震波在地下介质中的传播速度,一直是地震勘探的核心问题之一,尤其是近地表速度。近地表速度建模的研究方法有很多,且各有其优劣,如折射法、面波法、层析法等。初至波旅行时层析成像是指利用在地面某点放炮,在另一点接收的地震资料的初至波旅行时信息反演炮点、接收点之间的近地表的地震波速度或地质构造。本文研究利用初至波旅行时层析成像方法来建立近地表的速度模型,提供近地表地下介质的速度信息,进一步为静校正或浅层工程勘探服务。论文简要回顾了地震层析成像技术的发展历程,论述了地震初至波旅行时层析成像的基本原理,介绍了初至波旅行时射线追踪正演算法和层析成像反演算法,进行了主要算法推导,编程实现了初至波旅行时线性插值(LTI)射线追踪正演算法和联合重建迭代(SIRT)层析反演算法。在程序实现的基础上,着重试算分析了影响层析成像效果的3个基本因素:初始速度模型、速度约束限制和射线覆盖密度,并总结出各影响因素优选的原则和范围,以达到提高初至层析反演精度及反演稳定性的目的;试算了包括水平界面、倾斜界面、弯曲界面、断层等7组层状介质理论模型、1种加随机噪音的理论模型和两组野外实际数据,较满意的试算结果表明:1) LTI正演算法较之其他射线追踪算法编程简单、精度高、速度快;2) SIRT反演算法能得到稳定收敛的解;3)通过对加随机噪音模型的试算可知,文中的正、反演算法具有一定的抗噪能力;4)比较满意的理论模型和实际资料处理结果证明了程序的可靠性和实用性。