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随着油气勘探的不断深入，勘探对象变得日趋复杂，发展复杂地区地震资料的准确偏移成像方法已成为地震勘探中的难题。针对这一难题，本文发展了一类采用位移场和梯度场的新型逆时偏移方法。该方法在波场正演模拟和逆时外推均采用近似解析离散化方法（或称为stereo-modeling），从而使得该类方法具有高精度、高效率、低数值频散以及低数值频散各向异性等特点。论文首先推导了12阶空间精度的stereo-modeling格式（简称12-STEM），并对其进行了误差、稳定性和数值频散等理论分析，通过与传统高阶有限差分方法和四阶stereo-modeling方法作比较，验证了该方法的有效性和优越性。研究表明，12-STEM的最大数值频散误差在3%左右，而12阶Lax-Wendroff修正格式（简称12-LWC）的最大数值频散误差在15%左右；在同样消除数值频散的条件下，12-STEM的计算速度是12-LWC的8倍，而存储空间约为12-LWC的38%。另一方面，论文将stereo-modeling方法首次应用于逆时偏移成像，并系统地进行了二维和三维合成数据和实际数据的逆时偏移成像应用研究。二维Marmousi模型、Sigsbee2B数据、BP数据、三维SEG/EAGE经典A1和NA-C3数据的成像结果均表明，基于stereo-modeling的逆时偏移方法即使在粗网格高频率条件下仍能给出清晰准确的偏移结果。SEAM (SEG Advanced Modeling)模型的成像结果表明，stereo-modeling方法对于复杂地质模型仍能准确成像，对于陡倾角和粗糙的盐丘边界等均无噪音产生。实际海洋数据的偏移成像结果表明，stereo-modeling方法即使在初始速度非常光滑的情况下，对这样地质构造较平缓的实际数据进行一次偏移，也可以得到很好的成像结果。其光滑性、连续性以及位置的准确性都比传统方法的结果有所提高。最后，针对实际地震数据在道间距过大时会产生数据假频的问题，以及stereo-modeling方法应用梯度信息的特性，论文通过二维和三维的逆时偏移应用，详细地分析、测试、讨论了该类方法在压制数据假频方面具有的优良特性。实验结果表明，当地表有梯度数据输入时，在同等成像结果的前提下，stereo-modeling方法利用的道间距可以是传统方法的两倍及以上；当梯度数据输入为0值时，该方法仍能得到令人满意的结果。