基于数据驱动的时间偏移的基本思想是利用隐含在地震波走时公式中的走时同相轴斜率来计算成像点的水平位置和垂直走时,直接将地震数据映射到成像空间。由于走时同相轴斜率属于地震观测数据的一种几何属性,可以直接估算,所以不需要速度模型。相较于传统的基于模型的偏移方法,在偏移的过程中,具有与速度无关的特性,也就是说该方法摆脱了传统偏移方法对速度模型的依赖。具有灵活、高效的特点。然而,在信噪比不高时,对于同相轴斜率的估算并非易事,难以保证其精度,所以在低信噪比条件下基于数据驱动的时间偏移效果不好。因此,为了发挥数据驱动直接映射具有可观计算效率这一特长,需要对现有同相轴斜率估算方法进行改进,以使其在低信噪比条件下也能得到良好的效果。换句话说,如何在低信噪比条件下准确估计地震同相轴斜率是将数据驱动的时间偏移推向实用的关键所在。针对上述问题,本文为提高低信噪比条件下的数据驱动时间偏移成像效果,对数据驱动估算方法进行了改进。由于当前文献中,关于地震同相轴斜率的计算方法中,缺少同时兼顾效率与准确性的方法,本文提出了自适应加权的广义逆矢量方向滤波(Weighted generalized inverse vector directional filters,WGIVDF)方法来计算同相轴斜率,是一种矢量滤波方法。在保证了同相轴斜率准确计算的基础上,提高了计算效率。为了能够在含有噪声的条件下,准确估计数据驱动的同相轴斜率,本文改进了扩散张量,设计了一个新的连续性算子应用到扩散张量中,不仅压制了噪声,还能在保证断层处的同相轴斜率估计准确的同时,加强地震图像纹理的相干增强。提高了计算数据驱动的同相轴斜率的准确性。基于数据驱动的时间偏移是在双域内:共炮-共接收点域或共中心点-共炮检距域进行计算。这时就需要进行道集分选。也可以在单域内:共炮域进行计算。共炮域直接进行偏移不需要进行道集分选。在炮域数据驱动时间偏移计算的过程中需要计算同相轴斜率关于水平方向的一阶导数,但这个计算结果并不稳定。本文改进了共炮道集的偏移公式,通过引入预测绘图(Predictive painting)技术将估计的数据驱动同相轴斜率转化为等效慢度值,可以直接代入炮域偏移公式参与运算而不用计算同相轴斜率的一阶导数。为了验证基于数据驱动的叠前时间偏移方法的正确性和计算效果,对多个数值模型和实际地震资料进行了处理,测试结果表明:数据驱动同相轴斜率计算稳定、准确、高效,基于数据驱动的叠前时间偏移方法有较强的成像能力,对地震数据具有较强的适应性。由于该方法偏移时间几乎可以忽略不计,可以作为一种先验探测手段应用到地震资料处理中,在实时地震成像应用方面具有巨大的应用潜力。