起伏地表条件下的高效高精度地震走时计算与射线追踪方法始终是三维走时层析速度建模中的关键技术。考虑到标准的快速推进算法(FMM)存在严重的对角方向误差,本文提出了起伏地表条件下的三维多模板快速推进(MSFM)算法。相比较于传统的FMM 算法,该方法通过旋转坐标系引入6个三维差分模板,综合考虑了坐标轴方向和对角线方向的信息,在较少增加计算成本的同时显著提高了计算精度。在起伏地表处理上,针对FMM类算法的缺陷,本文采用炮点局部网格细分和接收点线性插值的策略,有效的改善了起伏地表下的计算精度。在起伏地表MSFM 算法的基础上,本文还提出了基于三维插值和Runge-Kutta 算法的射线追踪方法。文章最后通过对复杂近地表模型的测试,验证了起伏地表条件下MSFM 算法的精度要优于FMM,基于Runge-Kutta 的射线追踪方法则对复杂模型具有良好的精度和适用性。