根据震源激发方式的不同,我们可以将面波勘探的方式分为主动源勘探和被动源勘探。主动源勘探需要人工激发的震源,不仅会对周围环境造成破坏,周围的噪声还会对勘探结果造成影响,而且需要观测系统线性分布,对测量场地要求很高。被动源勘探不需要震源,对环境没有任何破坏,数据采集也相对简单。背景噪音勘探作为一种重要的被动源勘探方法,通过收集周围环境的背景噪声,从中提取出频散曲线,进而对地下结构进行反演。传统的空间自相关方法从频散谱中只能提取出基阶的频散曲线,仅根据基阶的频散曲线来反演地下结构,增加了反演的不确定性。而我们利用背景噪声提取出频散谱中的高阶频散曲线,增强了对反演问题的解的约束,这一点在地下结构反演上具有重要的意义。本文首先对处理地质背景噪声数据的矢量波数变换法进行了推导以及计算,提出了利用矢量波数变换法进行浅层勘探的具体算法。通过对人工合成的浅层地质结构的背景噪声数据进行实验,验证了矢量波数理论上的正确性。其次对上海、宁波、深圳三个地区进行了地质勘探以及背景噪声数据的采集,并利用矢量波数变换法从背景噪声中提取出质量较好的高阶频散曲线。研究了不同的地质地貌、观测系统、数据处理方法和台站的分辨率等因素对于高阶面波成像的影响。得到了在浅层地表结构勘探中,观测系统以及数据处理的选择方法,为背景噪声提取高阶面波的方法在工程应用中提供了指导意义。引入理论计算水平层状地质结构频散曲线的广义反透射系数法,将得到的理论频散曲线与背景噪声得到的频率-散射谱进行对比研究,分析了不同频散图像高阶面波质量不同的原因。提出三种不同的从频散谱中得到高阶频散曲线的算法,并比较各个方法的适用性。利用拟牛顿法对得到高阶频散曲线进行反演分析,将反演出的地层结构与实际钻孔数据对比,检验高阶频散曲线反演的实用性。