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为了对复杂构造进行成像和对储层属性进行预测，现行的地震成像已经从叠后发展到叠前，相应的有叠前深度偏移与叠前时间偏移两大类方法。本文从“叠前时间偏移”是“叠前深度偏移”的近似表达这一观点出发，发展了基于波动方程的叠前时间偏移架构，这一架构有望使叠前时间偏移在保持计算效率高、可在偏移过程中确定速度模型的优点下，提升其处理复杂构造的能力。这一新的架构是：从单程波方程和稳相点原理出发，给出单道数据成像时地震波走时和振幅的解析公式，采用输入道的成像方式、基于深度偏移方法成像，基于CRP道集中剩余校正量的拾取，实现在偏移过程中确定速度模型。
基于这一新的架构，发展了起伏地表下采集的地震资料的直接叠前时间偏移方法。该方法的核心是用单程波理论和稳相点原理解析得到由低降速带速度和厚度、炮点和检波点高程和基于浮动基准面的叠加速度决定的地震波走时和幅值，通过CRP道集中同相轴是否拉平来确定近地表速度和基于浮动基准面的叠加速度场。利用修正后的近地表速度将偏移叠加剖面校正到统一基准面上，便可以完成对起伏地表情况下不用场地静校正的直接叠前时间偏移。这一方法可避免场地静校正处理带来的误差，对解决老地层出露等困难的静校正问题有较好的应用前景。
基于新架构，本文发展了自适应确定时变孔径的方法和“保幅”的成像算法。单道数据的脉冲响应可视为一系列的半椭圆(三维为半椭球体)，通过控制脉冲响应的最大倾斜角度可实现时变偏移孔径。这一方法可在保证对构造充分成像的前提下，减少偏移的计算量，且可较好地压制偏移噪音。“保幅”的成像算法即在成像中借鉴波动方程偏移的反褶积成像条件，这使得可以在偏移的过程中部分的实现几何扩散补偿，为叠前时间偏移中的真振幅处理提供了一个新的思路。为了避免偏移过程中对走时、振幅等的重复计算，本文大量使用了表驱动的技术，较大程度的提高了计算效率。
本文发展的叠前偏移方法已应用于大量的实际和理论数据。通过对中国南海深海区域的一条二维线数据进行处理，证明本文发展的叠前时间偏移对深海数据可以达到较好的成像效果。对SEG三维盐丘模型数据进行了叠前成像，并与叠前深度偏移结果进行对比。对陆上三维数据进行处理并与叠前深度偏移的结果进行对比。成像结果表明，本文发展的叠前时间偏移方法可较好地解决速度变化不太剧烈的复杂构造成像问题，这一情况下的成像能力可以与叠前深度偏移相媲美。
本文也研究了利用共聚焦点技术进行速度估计。针对地下介质较复杂的情况下，分析点对应的时移曲线较难识别，本文通过逆时聚焦算子的作用确定分析点对应时移曲线的范围，对该范围内零时刻的振幅进行叠加，通过其能量的变化确定分析点正确的位置及速度。