随着资源勘探的持续发展,勘探目的层逐步从中浅层向深层、超深层,资源类型从常规向非常规快速过渡延伸,深部储层的勘探开发对老油气田稳产、增储具有重要战略意义。地震成像技术的本质是利用数学物理方法将野外观测的地震记录数据根据地震波的传播规律映射至成像域,使得反射波归位、绕射波收敛,从而重建地质构造空间展布形态的过程。而开展深部储层的勘探开发对地震数据处理技术提出了更高的要求,其中一个瓶颈问题是如何实现面向深部储层目标的快速且高精度成像,地震成像技术面临着崭新的挑战,渴求出现更为稳健、更为可靠的偏移方法。当下地震偏移成像方法的长足发展与计算机技术的革新、基础成像理论的完善密不可分。基于波动方程双程精确解的逆时偏移是发展至今成像精度最高的偏移方法,但其存在巨额内存开支、计算效率低等问题;傅立叶有限差分偏移既可作用于时间域,也可作用于频率域,但其成像精度无法与逆时偏移相提并论;克其霍夫偏移本身具备的无可比拟的计算效率优势使其广泛应用于海量实际资料处理中,但成像精度较低,致其无法满足精细勘探的需要。高斯束偏移方法不仅继承了射线类方法灵活、高效的特点,以及对非规则观测数据的匹配能力,且对复杂高陡构造、断块区域具有与波动方程偏移不相上下的成像适应性。针对深部储层精细勘探问题,由于模型规模庞大且高精度速度建模困难,时空域高斯束偏移方法因其兼具灵活处理目标、高效计算数据以及对初始深度域速度场依赖性弱的显著优势而备受关注,其面向目标的成像能力有望使其成为深部储层快速高精度成像研究的主流地震数据处理技术。鉴于此,选择时空域高斯束偏移方法作为本文研究对象探索拓展,具有应用于实际生产的重要意义。时空域高斯束的有效波束宽度随射线弧长呈双曲线规律递增,当其传播至目标成像区域时不再保持平面波波前,使得目标区域的构造成像质量较差、照明不足、旁轴射线走时及振幅计算精度较低等。本论文综合考虑成像精度、计算效率和深部储层成像难点等因素,从时空射线理论和时空域高斯束的基本理论着手,采用模型空间上行射线追踪策略构建高精度反向延拓波场,推导基于速度模型及目标地质体驱动的自适应波束函数,发展了一套高效、稳健且适用于复杂构造条件的时空域高斯束偏移理论方法、优化算法和实用技术模块,以服务于深部储层快速高精度成像研究。具体研究内容可分以下几步走:（1）基于Gabor分解子波重构理论,讨论了适用于任意子波的时空域高斯束正演模拟方法;（2）通过吸收模型空间上行射线追踪策略利用近似时间域格林函数构建高精度反传地震波场,在特定的目标时间窗内应用互相关成像条件,发展了基于子波重构的时空域高斯束偏移方法;（3）通过加载动态参数控制策略,推导基于速度模型及目标地质体驱动的自适应波束形态函数,优化时空域高斯束传播形态,提出了时空域自适应高斯束偏移方法;（4）将弹性介质逆时偏移中的内积成像条件引入时空域高斯束偏移中,发展了适用于多波多分量地震数据的时空域高斯束、时空域自适应高斯束偏移方法。通过模型试算和实际资料的处理验证了上述方法的稳定性、可靠性和优越性。