近地表的横波速度结构在工程勘察、超声无损检测等工程领域是极为重要的参数,获取地下横波速度结构的地球物理方法研究对于工程检测和地质灾害防御十分重要。瑞雷面波的频散现象与近地表横波速度分布关系密切,因此可以利用地震面波勘测近地表横波速度结构。用于近地表地球物理工程的瑞雷波方法的工作流程可以描述为:1)以人工震源激发瑞雷波,使用地震仪采集多道瑞雷波记录;2)采用一定的波场变换方法生成记录的频散能量谱;3)从频散谱中按照能量极值原则拾取随频率变化的瑞雷波相速度,得到瑞雷波频散曲线;4)频散曲线反演得到测点的1D横波速度结构。其中通过频散曲线反演获得测点的横波速度结构是非常关键的一步,直接影响着对测点下方介质的力学属性分析。因此,深入研究瑞雷波频散曲线的反演问题十分必要。本文详细介绍了选题背景、地震面波勘探相关理论在国内外的发展现状、地震面波频散曲线提取与正反演的原理和方法,重点研究了人工鱼群算法在瑞雷面波频散曲线反演领域的应用。针对传统人工鱼群算法在频散曲线反演全局优化搜索过程中收敛速度缓慢、后期结果反复震荡、易陷入局部极值等问题,本文首先引入生存和竞争机制对其进行改进,减小了算法运行后期所需的人工鱼群种群数量,加快了算法运行效率。接着在算法中使用了动态的视野和步长及改进的觅食行为模式,在加快算法前期收敛速度和加强前期全局寻优能力的同时,改善了算法后期结果震荡的现象,提高了反演结果精度。针对人工鱼群算法的特点,提出使用并行算法进一步提高程序的运行效率。利用理论模型和实测地震面波数据对改进后的人工鱼群算法在瑞雷面波频散曲线反演中的应用效果进行验证,实验结果证明该算法可以快速、准确的反演出地下横波速度结构。在算法研究的基础上,利用MATLAB App Designer平台开发了一款可视化地震面波频散曲线反演软件,软件采用模块化设计,可分别实现地震文件读取、频散能量谱绘制与频散曲线提取、频散曲线反演、地下二维横波速度剖面绘制等功能。软件界面设计采用可视化交互式图形用户界面,具有操作简单,使用门槛较低的优势。