含有不规则间断面的流-固耦合双相介质中的地震波场数值模拟问题,是地震勘探领域的热点研究课题。现有的基于求解宏观波动方程的数值模拟方法（比如有限差分法、有限元法等）,在处理这类复杂流-固界面耦合问题时,由于波动方程本身一些连续假设条件的限制,其计算精度与应用效果并不理想。因此,本文研究采用两种基于介观力学模型而不依赖于波动方程的数值模拟方法（格子玻尔兹曼方法和弹簧网络模型）来分别求解流体相和固体相中的地震波动问题,并利用合适的格子玻尔兹曼模型-弹簧网络模型流-固耦合方法实现模拟地震波在整个双相介质中的传播过程。格子玻尔兹曼方法是一种求解Navier-Stokes方程的简化形式的数值模拟工具,它通过在介观层面上描述流体粒子之间的相互作用,从而实现模拟宏观层面的波动传播等复杂物理现象。弹簧网络模型是一种比较新的从介观角度研究介质弹塑性的方法,该方法将介质离散成一系列由弹簧与质点连接成的弹性单元,并通过研究弹性单元之间的微观力学作用机理来模拟介质宏观的伸缩性、破裂性等弹性性质。在用基于格子玻尔兹曼模型与弹簧网络模型相结合的方法进行双相介质中的波场数值模拟时,通过动量交换算法来实现波场在流-固界面处的相互传递。本文发现并建立了格子玻尔兹曼模型中的松弛时间与Kelvin-Voigt模型中的品质因子之间的定量关系模型,并通过大量的数值模拟以及严格的理论推导进行了验证。研究并测试了基于单松弛与多松弛时间的格子玻尔兹曼模型在流体介质粘滞声波正演中的应用效果,发现多松弛时间格子玻尔兹曼模型比单松弛时间模型更优越,但是两者的计算量差别不大。由于现有的弹簧网络模型主要采用正方形网格与正三角形网格进行离散化,本文进一步开发了基于矩形网格的弹簧网络模型,并采用多种复杂介质模型进行了可靠性测试。与此同时,提出了一种统一形式的三维弹簧网络模型,利用几个不同的地质模型测试与对比了其中三种典型离散模型的波场数值模拟效果。在此基础上,分别采用标准反弹、镜面反弹以及两者的混合形式的边界条件,开发了格子玻尔兹曼模型与弹簧网络模型相耦合的复杂双相介质的波场模拟技术,并用于求解流体饱和孔洞介质、多孔介质以及复杂海洋勘探地质模型中的地震波场数值问题,取得了比较好的波场模拟结果。总之,格子玻尔兹曼模型-弹簧网络模型相耦合的方法可以适应求解复杂双相介质中的波场正演模拟问题。相比于有限差分方法等传统方法,本文研究的耦合方法对不规则界面的适应性更好,流-固界面处理方式更加灵活。通过更进一步的研究,这种方法可望用于模拟实际生产中面临的任意复杂地质模型中的地震波传播问题。