随着国内外油气田勘探开发的不断深入，当前油气田勘探趋向于寻找小型、隐蔽油气藏。地震方法的精度难以满足探测深部储层中精细构造的要求，常规声波测井虽然拥有较高的分辨率，但探测范围局限在井周一米左右，亦难以满足探测需求。反射声波测井技术在这一背景下应运而生，它将声源与接收器布置于同一个井中，通过探测从井旁地质界面反射回来的信号，实现对井周围地质构造进行成像。就分辨率和探测深度而言，该技术填补了常规声波测井和地震之间的探测空白，是一种具有良好应用前景的测井技术，具有广阔的应用价值。　　然而，不同于地震测量方法，反射声波测井的声源和接收器均布置在同一井孔中。因此，由于工作模式与数据采集方式的不同，给数据采集、信号处理以及后期的测井解释工作都带来了一定的困难。这些困难主要表现在:第一，用于偏移成像的反射信号相对于高幅度井中直达波来说较为微弱，只有利用波场分离技术将反射波从全波形中提取出来，才能对反射信号进行成像处理;第二，与常规地面地震技术不同，对于反射声波测井技术来说，反射体可能出现在井孔周围任何一个方位，目前的反射声波测井技术均存在方位不确定性或者方位分辨率不足的问题。　　本文针对反射声波测井中反射信号信噪比过低以及存在方位不确定性的问题，从数值模拟、理论分析、实测数据处理等方面进行研究。本文的主要工作包括:　　第一，针对反射声波测井的数值模拟对计算资源要求较高的问题，编写了三维笛卡尔坐标变网格有限差分MPI+OpenMP混合并行声场模拟程序。建立与实际情况较为接近的测井模型（充液裂缝、裂缝走向方向宽度有限），研究了反射波幅度与裂缝走向方向宽度的关系，并利用地震中菲涅尔带的原理对这一规律进行解释。在此基础上，指出在“截止频率以下激发声场以提升反射信号信噪比”这一仪器优化思路的局限性。由于反射波幅度与井中弯曲波幅度均会随声源频率的改变而改变，因此对于不同尺度的探测目标，在截止频率以下激发声场以提高反射信号信噪比的效果存在较大差异。　　第二，针对方位不确定性的问题，提出了利用三分量传感器对反射波场进行采集。论文的研究工作表明，对反射波场的水平分量与轴向分量进行联合偏移，可以有效消除180°方位不确定性。在此基础上，针对测井技术的实际发展情况，进一步提出了现阶段更易实现的单偶极混合测量模式，通过对单偶极混合测井数据与常规测井数据进行联合偏移，可以解决方位角计算中的多解性。值得注意的是，该测量模式的引入，可以有效压制井中直达波，进而为反射声波测井提供了一种新的信号采集与处理的思路。　　第三，在不改变仪器构造与测量模式的情况下，本文还对反射声波测井的波场分离方法进行优化。对广泛应用于偶极反射声波测井技术中的线性预测滤波法进行改进，主要在滤波过程中考虑偶极测井弯曲波频散的影响，结合慢度-时间相干法对井中直达波进行估计，并从全波形中滤除。通过油田实测数据的处理证实，结合了慢度时间相干法与线性预测滤波法的波场分离方法，较常规方法而言，井中弯曲波得到较大程度的压制，进而提高了反射声波测井的有效性。