隧道作为一项隐蔽的地下地质工程，在施工过程中前方地质情况不明，存在断层、破碎带等很多成因复杂且具有突发性的不良地质体，容易造成地质灾害和重大安全事故。为了保证隧道施工的安全性，在施工之前我们必须进行隧道工程地质超前预报。　　 地震反演的目的是通过提取地震波传播过程中所携带地下岩石的物性参数和速度结构等信息，以了解地表下的地质情况。这与隧道超前预报的目的不谋而合。叠前弹性阻抗反演是地震反演的一种，它解决了常规叠后波阻抗反演基于地震波垂直入射这一假设条件的缺陷。它反映了地震波非垂直入射时的情况，能充分应用不同炮检距和不同入射角数据，故能够更有效、更可靠地揭示隧道侧壁和掌子面前方介质的展布情况和物理性质等。　　 本文首先系统地对叠前弹性阻抗反演进行了讨论和研究，包括其理论基础、公式引入、公式计算精度的影响因素等。然后利用Matlab和Fortran语言编程对地面模型进行计算以验证该方法的有效性和正确性，在此基础上总结叠前弹性阻抗正反演流程。　　 为了验证对隧道数据进行弹性阻抗反演的有效性和正确性，本文设计了两种隧道模型观测系统:一种是在隧道侧壁和掌子面上同时布设激发点和接收点;另一种是仅在掌子面上布设激发点和接收点。首先正演模拟隧道地震记录，然后对记录进行角道集转换并运用模拟退火算法进行反演计算，得到了反映隧道侧壁围岩性质和掌子面前方介质性质的弹性阻抗值和纵横波速度。以反演结果和误差分析为基础，本文验证了弹性阻抗反演方法在隧道空间中的有效性和正确性，并总结了两种观测系统下对不同隧道模型进行弹性阻抗反演的效果。　　 第一，基于侧壁的第一种观测系统所接收到的来自掌子面前方岩层的有效反射波很少，而且基本都是小于5°的极小入射角的反射波。此时在已知界面位置的情况下，对隧道侧壁围岩的弹性阻抗能进行有效反演，以此为依据对掌子面前方未知介质性质进行推测。　　 第二，基于掌子面的第二种观测系统能接收到完全来自掌子面前方岩层的有效反射波。此种情况下，本文以一定网格间距将介质划分为层状介质，对掌子面前方岩层的弹性阻抗和分界面位置同时进行反演。将反演得到的弹性阻抗突变位置视为岩层分界面，反演结果与理论模型真实界面位置基本吻合。　　 第三，不论基于哪种观测系统，利用较小入射角地震数据更能保证弹性阻抗公式的计算精度，反演得到的弹性阻抗值效果更好。根据反演得到不同角度弹性阻抗值计算纵横波速度，得到的纵波速度较横波好。