随着勘探程度的不断深入和勘探技术的提高,勘探重点已从构造油气藏转向地层油气藏和岩性油气藏,因此对于小尺度储层的精细描述已经成为油气勘探的重点和难点所在。多波多分量地震数据采集技术能够获得包含多波信息的矢量地震数据,弹性波逆时偏移成像能够提供高波数的多波的像,为估计和评价油气藏储层的岩石物理特性提供更多的约束。宽频、宽方位和高密度的采集技术为开展弹性波多波成像提供了基础,但针对观测系统的矢量波的照明和分辨率的方法研究依然有限。在地下局部空间内,成像分辨率依赖于入射波和散射波的传播方向;且玻恩近似框架下,地震波的散射现象本质上是角度的函数;故在角度域研究散射,成像和分辨率具有天然的优势。准确的波场重建是在地下局部空间内研究散射和成像的重要基础,本文从理论和数值实现方法上研究了基于表示定理积分的准确波场重建方法。精确的角度测量和角度矢量波场分解是进行角度域成像和照明分辨率分析的前提,本文使用局部平面波分解方法提取角度域的P/S矢量波场。以角度参数为核心,揭示了弹性波成像条件特征的物理本质,发展了多波角度域成像方法,构建了适用于矢量波的角度域照明和分辨率分析方法。论文取得的主要成果如下:（1）依据表示定理积分,推导了非封闭面和非完备边界条件的地震波场重建理论公式。利用等效源方法和有限差分方法发展了准确的波场重建方法;将两类边界条件以不同形式的等效源（单极源/集中力源,偶极源和双力偶源）注入到有限差分算子中;分别重建因果（“将来的”）和反因果（“过去”）的波场。使用Mac Cormack格式的同位网格有限差分方法详细研究了自由面多分量弹性波记录的注入和重建;借助于自由面牵引力为零的物理约束条件,仅使用第二类弹性Rayleigh积分准确重建了弹性波场。（2）利用封闭面上的表示定理积分为RTM成像提供节约内存的震源端波场重建策略。仅需要保存一层边界条件即可实现震源端波场的逆时重建,降低了对内存的需求。对于弹性波,准确的重建需要保存封闭面上的两类边界条件,即牵引力和位移（或应力和速度）;仅使用一类边界条件能够重建波场,但存在转换波假象,在密集震源采样的情况下,该类假象可得到压制。对于标量波,可仅保存一类边界条件（声压或法向速度）实现无假象的准确波场重建,且重建精度不依赖于有限差分的空间阶数。通过二维和三维RTM成像数值算例验证了该计算策略的优势。（3）厘清了各类弹性波成像条件之间的内在关系。基于散度运算的PP成像条件等价于FWI体积模量的梯度计算项;点积运算的矢量成像条件等价于密度的梯度计算项;阻抗成像条件等价于速度-密度模型表征中的密度梯度计算项,且等价于能量范数成像条件。在此基础上,提出了一种新的适用于弹性波RTM成像的PP成像条件;其天然地回避了小角度前向散射引起的低波数成像假象,尽可能恢复了多参数的PP背向散射特性,且未人为地引入极性翻转问题。（4）利用局部平面波分解方法将弹性波成像条件拓展到角度域,提取多波角度域共成像点道集,用于揭示成像条件的特性和AVA分析。将使用不同成像条件的成像值投影到局部成像矩阵上进行比较研究,揭示了不同弹性波成像条件在压制低波数成像假象,校正转换波成像中法向入射两侧的极性翻转问题和额外的角度滤波因子对成像分辨率影响等方面的物理机制。并验证了本文提出的新的逆时偏移成像条件的优势所在。（5）从多波多参数散射和成像之间的关系出发,通过比较研究标量波和矢量波之间的差异,将标量波角度域照明和分辨率系统扩展到矢量波情况。分别发展了多波多参数点扩散函数和多波成像分辨率函数的计算方法。使用散射积分法,实现了灵活且快速的角度照明和分辨率函数计算。利用多波局部照明矩阵和成像分辨率函数刻画观测系统,震源检波器特征（频带和方向性）和地下复杂传播效应对多参数扰动的分辨率贡献。（6）通过虚反射模型将自由面虚反射对数据频率的影响引入到照明和分辨率分析系统中,将与虚反射有关的浅地表因素（速度,震源和/或检波器深度,自由面的入射/反射角度）的影响投影到地下局部成像域中,建立了数据误差（缺失的频率）与地下局部深度域成像的分辨率（波数采样）之间映射的关系。利用点扩散函数开展了自由面效应对成像质量影响的定量评价,验证了变深度缆在改善虚反射引起频率缺失中的有效性,提高了成像质量。此外,在地下局部成像域,使用点扩散函数部分地压制虚反射形成的假象。论文的创新之处体现在:（1）发展了基于表示定理积分的准确波场重建方法。仅注入自由面上的弹性波多分量位移实现准确的波场重建;不但可逆时延拓上行到达自由地表的反射波,还可重建下行的自由面反射波。此过程中,仅利用采集的有限数据类型实现准确波场重建,而不引入非物理的假象。为陆上多分量数据的弹性波成像以及利用自由表面多次波成像提供理论和应用基础。（2）提出了基于散射积分法快速计算角度域矢量波照明分辨率函数的方法。该方法灵活高效,回避了通过RTM计算点扩散函数的冗长的计算量,而仅通过正演的角度域波场构建照明分辨率函数。在角度域和波数域刻画多波多参数的分辨率特征,量化观测系统及浅地表相关的复杂因素对成像分辨率的影响。（3）提出了一种新的逆时偏移成像条件,分别应用于标量波RTM成像和弹性波PP成像。该成像条件在自动地压制低波数假象的同时,尽可能保持大角度反射的信息,且未人为地引入极性翻转假象。在角度域成像中,借助于局部成像矩阵统一地揭示各类成像条件特征的物理本质,验证了新的成像条件的优势。