双差地震层析成像方法因其高精度的特点,已被广泛应用于断层、火山、俯冲带结构等各种研究中。本文首先利用双差地震层析成像对芦山地震震源区的速度及Vp/Vs结构进行了研究。2013年4月20日芦山地震发生后,学者们对其断层几何结构、震源区速度结构以及破裂历史等进行了各种研究。但因为分辨率的限制,其断层几何结构与震源区速度结构仍然没有被精确地确定。从破裂历史来看,在浅部地区(深度<8km)破裂很小,甚至几乎没有破裂,而其原因仍然是个疑问。我们重定位的余震结果清晰的揭示了断层的几何结构,为一“y“型的共轭断层,芦山主震发生在一盲逆断层上,而对应的共轭断层为反冲断层。同时,我们确定了精细的速度及Vp/Vs结构。结果表明,在深度8km左右存在一明显的速度间断面,浅部表现为低速高Vp/Vs,而深部为高速低Vp/Vs,并且与地震的分布有着很好地对应。断层面上速度与断层滑移量的对比显示,有一高速异常对应着高滑移量,推测为地震凹凸体的存在。在深度8km左右,三维Vp/Vs模型表现出了一高Vp/Vs异常带,推测该异常带阻止了破裂向浅部的扩展。地下介质的衰减结构能够提供速度结构不具备的一些信息,因此二者是互相补充的。一般来讲,衰减层析成像是通过反演由频谱计算得到的t*值来确定三维的Q值结构。然而,因为信噪比的限制,通常由频谱计算得到的t*值数据量较少,不足以得到稳定的反演系统。再者,由频谱计算得到的t*值的质量无法保证,也不能有效的确定其误差分布,这就导致了反演的结果会有很多人为的噪声。考虑到真实地球模型在结构上的一致性,我们提出了基于交叉梯度约束的地震衰减层析成像算法。通过使衰减结构与速度结构在结构上一致来确定最终的Q值模型。我们将该新方法应用在了对芦山地震震源区的衰减结构研究中。与传统的衰减成像方法相比,新方法得到的Q值模型更为平滑,消除了很多高频的人为噪声,同时得到的模型与速度模型也更为一致。传统的地震层析成像技术缺少在时间域的分辨率,因此对于地下介质速度变化的监测仍然是个待解决的问题。在此,我们试图实现一种实时的地震层析成像算法,以实时地监测速度的变化。在实时成像中,如果每次反演包含的地震事件太多,则会缺少时间域上的分辨率；而如果事件太少,则会导致成像系统不稳定,产生一些人为的噪声。为了解决这个问题,我们提出了一种基于小波变换的实时成像算法。通过结合小波变换的多尺度特性和代数重构法(SART)的快速收敛特性,我们实现了实时地确定不同尺度速度结构的方法。我们首先利用意大利Etna火山的合成数据对该方法进行了测试。接着,我们将该新方法应用在了Etna火山2001到2002喷发期的成像研究中。和传统的地震层析成像技术相比,新的方法可以更有效的确定在火山喷发前和喷发过程中由裂缝的闭合和打开所引起的速度的变化。