本文工作围绕初至波层析成像展开,以地震波初至数据为输入,目的是获得近地表速度模型。主要进行了地震资料初至波拾取方法、射线追踪正演算法改进、SIRT层析成像反演算法与约束方法的研究,并进行了层析成像软件研制,用模型和实际资料对方法软件进行了的测试工作,取得良好效果。本文研究总结了地震资料初至波拾取方法。总结了各种射线追踪的基本原理,为了快速、准确的得到初至波层析成像所需的射线路径和初至时间,改进了多次回溯高精度射线追踪方法。鉴于初至波层析成像对射线追踪方法计算速度和计算精度的要求,本文采用了几种措施对本射线追踪算法和计算效率等方面进行了改进。改进后,本射线追踪方法能满足计算精度和速度的要求,计算快速、准确,模型试算结果表明:该射线追踪方法是一种快速有效,计算精度高的初至波射线追踪方法,完全符合初至波层析成像的要求。在总结几种常用的反演方法原理基础上,选择SIRT反演方法并编程实现。反演中加入了松弛因子调节收敛速度,又采用多种合理有效的约束手段,这些约束包括速度区间约束、慢度修正量大小约束、内部迭代次数约束、速度外推、速度平滑、层约束等等。这些约束手段大大改善了SIRT方法反演的精度和成像质量。理论数据和实际资料试算表明,本反演方法可以很好的得到地下介质的速度模型。本文对反演初始模型的建立方法也做了研究,实现了几种不同的初始模型建立方法,针对掌握的工区资料和实际情况可以采用不同的初始模型建立方法,有利于提高反演速度和可靠性。在模型试算和实际资料应用中,反演数据处理和反演参数的选择有一定的规律可循,本文对某些数据处理原则和参数的选取总结出一些实用的规律。算法相对成熟之后,又利用跨平台、可移植性好的C++图形界面应用程序框架QT集成了算法程序,形成了一套包括数据加载、数据预处理、初始模型的建立、模型正演、模型反演、质量控制和成果图绘制等模块的初至波层析反演数据处理流程,同时得到了成型的软件系统。系统运行良好稳定,实际资料测试也取得了较好的效果。