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叠后偏移方法都是以经过CMP叠加的地震剖面为基础的，偏移方法主要有基于波动方程的波动方程偏移和以Kirchhoff方法为基础的克希霍夫积分偏移。首先，CMP叠加的层状介质假设与客观实际不符，因为地下地质体的形态并非总是层状的；当地表和地质构造复杂时，共中心点的信号不是来自地下的同点反射。其次，地震波与光在介质中的传播方式相同，在地下介质中以旅行时最小的规律传播而不是以直线最短距离传播，这样，在介质速度变化的界面上就存在折射现象，以直线最短距离为理论基础的时间域成像技术，在速度变化剧烈的情况下将得不到良好成像，成像的形态和位置也是不准确的，存在偏差。
为了解决上述问题，前人提出了直接对未经叠加的多次覆盖地震资料进行偏移处理的叠前偏移方法，这样可以实现真正的共反射点叠加，能使陡倾界面正确归位。这类方法主要有F-K波动方程、Kirchhoff积分法和傅里叶有限差分叠前偏移。从叠后偏移转到了叠前偏移，叠前深度偏移处理考虑到了地震波在地下的折射现象。但是叠前深度偏移技术的缺点在于它必须具有非常精确的速度模型和地质模型，才能达到良好的偏移效果，实际上，这两点均难以达到。
复杂地区资料的关键问题是反射点分散，即共中心点道集不等于共反射点道集。要解决此问题，就必须形成真正的共反射点道集。但是，其难点在于反射点的概念是与反射面相联系的，形成真正的共反射点道集需要知道反射面的信息，这同勘探目的相矛盾。1985年Berkhout发现二维和三维地震测量数据可以很方便的表现成所谓的数据矩阵，1992年Berkhout认为地震构造成像可以不以“波场外推”的概念给出，而用“聚焦”的概念给出，用“聚焦”的概念取代“反射”的概念，用“共聚焦点选排”代替“共反射点选排”，解决复杂地区的共聚焦点(CFP)叠加处理技术，依据面炮理论和“等运行时原则”，以及聚焦概念，给出了全新的成像处理方法，即共聚焦点成像技术。在这一方法中，不涉及地下速度场的修改，更新的仅仅是聚焦算子，算子更新过程是在时间域进行的，它可以针对任意随机边界上的网格点，具有很强的稳健性，且不用进行所谓的剥层。CFP技术用两个连续的聚焦步骤来阐述叠前偏移，这样可以提出一种基于CFP成像技术的交互式速度分析方法。通过CFP道集与它相应的依据旅行时的聚焦算子之间的比较，聚焦算子可以被更新到正确的形式，利用更新过程中得到的时差可以进行速度估算。CFP成像技术是一个算子驱动的偏移过程，在更新步骤中修改的是聚焦算子，而不是速度模型，且该更新过程不依赖于参数化的速度模型，任何未知的传播因素对于旅行时的影响都被自动计算在内。CFP成像技术避免了对速度的直接操作，使得静校正和速度的确定相互独立开来。主要利用的是“旅行时相同原理”——利用基于该原理估算出的波场传播算子来描述近地表，利用该原理在DTS道集中进行算子更新，利用那些算子，并通过将风化层以下的反射层简化为新的采集基准面，消除复杂地表影响。因此，CFP成像技术不仅能解决浅层成像问题，而且也能解决深层成像问题，是一种理论上先进、应用前景广阔的新的成像技术，在解决复杂地质问题时更是有着独到的效果，在我国将有着广阔的发展空间。
但是，因采用人机交互在DTS道集上拾取时差效率太低，大大限制了该方法普遍应用，因此还有待于进一步改进和优化。目前CFP成像技术所存在的关键问题是工作量大和效率低，主要体现为以下三个方面：①由于本身的算法繁琐和大数据量所导致的大计算工作量和低效率。②采用人工在DTS道集上拾取时差存在较大的人为因素，因人不同其成像结果也将不同，且将严重影响其成像效率和成像精度。③目前采用插值方法来减少工作量和提高效率，从而降低了成像分辨率和精度。因此，使CFP成像技术提高效率和达到实用化，其关键问题是必须实现CFP成像过程的自动化，即时差自动拾取，以致该技术在工程地震和能源地震勘探中得到更广泛应用。
层析反演主要分为地面层析反演和井间层析反演两大类，前者利用的是地面地震资料，而后者利用的是井间地震资料。为了提高地面层析反演精度前人已进行了引入先验地质信息和正则约束条件走时反演获得近地表速度结构、小波多尺度井间地震层析反演、基于地震层析反演技术求解速度的小生境多参数反演算法及形成了物性参数的隔离小生境反演算法、利用折射波信息进行井间折射波层析反演等研究，均获得了一定的应用效果。但由于数据投影角度的不全、数据的不均匀覆盖等，地面层折反演效果总是不尽人意。近几年许多学者基于CFP理论从事了速度反演的研究，如Rob.F.Hegge利用聚焦操作进行速度反演和在CFP理论的基础上进行层速度扫描、王成祥等给出的速度模型反演的CFP方法、刘超颖等给出的CFP层速度扫描建模方法等。但由于方法理论的限制仍难以获取精细的和局部异常的速度信息，在地震勘探中难以得到有效的应用。因CFP成像技术的优越性，可望在算子更新过程中正确获取沿层各聚焦点至面炮窗口各道的透射时间，采用成熟的井间层析反演技术和利用多界面CFP成像沿层信息，使CFP技术与井间层析反演技术有机结合实现地面约束层析反演，以致解决数据投影角度不全、数据不均匀覆盖等问题，提高地面层析反演精度，拓宽CFP成像技术的应用范围。
本文针对CFP成像技术和层析反演的研究现状与存在的不足及CFP成像技术的优越性，论文主要完成以下几个方面工作和成果：
1.介绍了常规CFP(共聚焦点)成像技术的理论基础和基本原理，以及所存在的不足，提出了时差自动拾取CFP成像技术的基本思路；给出了时差自动拾取的数学模型，以及时差自动拾取CFP成像技术的步骤。以致消除人为因素的影响和实现时差自动拾取，提高成像精度和效率，使CFP成像技术达到实用化。
2.介绍了层析反演的基本原理，以及所存在的问题，提出了利用多界面CFP成像技术获取沿层的各成像点至面炮窗口各道透射时间，采用成熟的井间层析反演技术，使CFP技术与井间层析反演技术有机结合，实现平均速度反演和地面约束层析反演，以致增大层析反演数据的投影角度和均匀覆盖度，提高层析成像精度，为地面层析成像提供一种新方法。
3.根据上述方法理论，编制了时差自动拾取CFP成像软件，以及平均速度反演软件。依据编制软件和现有井间层析反演软件，进行了水平层状介质和起伏地层理论地质模型的时差自动拾取和沿层CFP成像及平均速度反演数值模拟计算，以及不同初始模和面炮窗口大小对CFP成像技术的影响数值模拟计算和实例计算及对比分析与讨论，得到了令人满意的结果，说明了时差自动拾取CFP成像及平均速度与地面约束层析反演的正确性、有效性、可行性和实用性。认为：
①不管初始模型如何改变，只要在DTS道集中正确拾取对应层位的时差，CFP成像结果是相同，也就是说CFP成像技术基本上与初始模型无关(即不依赖于初始模型，这一点是常规叠前偏移方法无法实现的)，从而克服了速度难题，为时差自动拾取提供了依据。②不管初始模型如何，CFP聚焦算子的更新主要体现在第一次更新上，初始模型与实际越接近其更新次数就越少，且经一定次算子更新后，聚焦算子和聚焦点道集均趋于稳定和相同。
③初始模型不同，DTS道集中相应同相轴的斜率和位置也就不同，在时差自动追踪拾取时是将所拾取的同相轴时差，经聚焦成像后放入聚焦点对应的聚焦算子时刻处，因此它既不将影响其成像效果和精度也不会出现串层现象，解决了目前采用人机交互CFP成像存在的人为因素较大和效率低的问题。
④对于同一层位而言更新次数总体表现为随面炮窗口的增大而增加，当面炮窗口一定时更新次数总体表现为随反射界面的埋深增大而减小。
⑤在CFP成像过程中宜采用变面炮窗口大小进行成像处理，即浅层采用小面炮窗口而深层采用大面炮窗口，并且面炮窗口不宜取得过小或过大(一般为埋深的1～1.5倍)，否则CFP成像将难以收敛，即将影响其CFP成像效果和精度。
⑥通过对理论地质模型无随机噪声和有随机噪声(信噪比为15的高斯随机噪声)两种情况的时差自动拾取CFP成像的模拟计算和分析，说明时差自动拾取CFP成像技术既能准确拾取时差、获取共聚焦点至面炮窗口(地面)各道的透射时间和实现偏移成像又能提高记录的信噪比，且具有较强的抗噪声能力。
⑦由成像点至相应面炮窗口(地面)各道的透射时间信息采用双曲线拟合反演可获得满足勘探精度要求的界面上覆介质的平均速度，它既能反映平均速度的变化趋势，又能反映高、低速的变化，且误差很小，精度高于常规反演方法，其误差与界面起伏程度有关。
⑧由多个界面各成像点至相应面炮窗口(地面)各道的透射时间信息，采用成熟的井间层析成像技术，进行地面约束层析反演可获取满足勘探精度要求的层速度结构(或模型)，弥补了当今层析反演所存在的不足，大大提高了地面层析反演的精度，精度高于常规反演方法，若加层位约束其精度将相当高，其误差与层析反演对垂直层位的模糊化有关。
⑨通过对实例资料的时差自动拾取CFP成像和沿层CFP成像及平均速度反演和地面约束层析反演计算，以及与常规叠前偏结果和声测井资料的比较，其结果是令人满意的，它既可进行有效成像又可以获得平均速度和层速度的分布，精度高于常规方法；说明时差自动拾取CFP成像技术、基于CFP技术的平均速度反演和地面约束层析反演是正确、有效、可行的，具有很强的实用性。