随着勘探程度的加深，我们对速度建模的精度以及成像质量的要求逐步提高，也随之产生了一些新问题，诸如储层的裂缝检测，岩性和流体的识别，压裂微震事件的检测等。单分量的常规地震勘探手段已经德不配位，且计算技术的高速发展，对储层的日益关注，都带来了基于弹性波理论的地震勘探技术的发展。而作为基于弹性波理论的地震勘探技术的重要分支和工具的弹性波场成像技术，也成为研究的重点。弹性波场成像技术可以分为两类，一类是以标量波场理论为基础。另一类是以矢量波场理论为基础，矢量输入、输出，可以更好地保证地震资料的原始信息。论文主要研究以矢量波场理论为基础的成像技术，根据弹性矢量波场成像技术的流程，分别从数值模拟，差分系数优化，矢量波场分离，弹性波逆时偏移四个方面来研究，并取得了以下进展:　　1、从本构方程、运动微分方程和几何方程出发，构建二维/三维各向同性和各向异性介质弹性波波动方程。采用常规有限差分格式离散波动方程，并使用GPU/CPU单卡/多卡并行加速技术，极大地提高了弹性波数值模拟的计算速度。　　2、窗函数的幅值响应的主瓣和旁瓣决定了有限差分算子逼近的精度，主瓣越窄，旁瓣衰减越大，则截断得到的有限差分算子逼近微分算子的精度越高，更好地压制数值频散。基于此认识，提出了一种基于自褶积组合窗函数的优化策略，通过引入自褶积和加权组合的方法，进一步提高窗函数的截断性能。该策略可以适用于多种差分格式，比如常规，交错，旋转交错等，且优化过程直观、可视及便于交互，可以只调节三个参数，控制谱覆盖范围和精度误差稳定性。从经济上来讲，将有效地减少模拟计算花费，提高计算效率。　　3、重点研究了二维/三维非均匀TTI介质中纵横波的偏振特性，详细介绍了基于拟微分算子的波场分离策略，并在二维和三维模型上验证了策略的有效性。　　4、针对非均匀TTI介质中波场分离计算量巨大的问题，采用在混合域分离的方式，即基于参考模型的模型参数，在波数域分离波场，然后将分离后的波场反变换回空间域，利用参考模型与实际模型的关系，插值得到实际模型下的波场分离结果。为了提高在混合域分离波场的精度和效率，提出运用变异函数IDW插值算法分离矢量波场的策略，通过引入变异函数和参考点搜索策略选取参考模型并计算权重，插值时不仅考虑到了插值点和参考点之间的距离，也考虑到了同一方向不同尺度的多层次的空间变异性。　　5、应用弹性势的成像条件，将各向异性和各向同性矢量波场分为纵波势和横波势，然后利用归一化互相关对其进行成像，这样就可以显著消弱不同波场间的耦合性串扰。模型测试表明该方法是有效的。　　6、详细介绍了有效边界存储策略，并在弹性波逆时偏移中应用该策略。有效边界存储策略进一步减少边界存储量，不需要存储每个时刻的全部边界波场，极大地减少了I/O，充分发挥GPU平台的优势。