区域内部结构的研究一直都是地球物理学中的一个极为重要的基础科学领域。地震层析成像是指利用大量地震观测数据反演研究区域内部结构的一种方法，已成为目前研究区域内部结构的有效手段之一。通过地震层析成像技术的大力发展和有效应用，人们对地球内部结构有了更深一步的了解，对以后的科学发展和地球资源利用都起到了积极的推动作用。本文回顾了层析成像发展历史，阐述了层析成像的国内外发展现状，特别是对初至波地震层析成像技术进行了深入研究。初至波是由炮点激发最先到达接波点的地震波，包括直达、折射、绕射等各种震相。针对传统LTI算法的缺陷，本文正演采用全方位循环LTI算法。模型计算结果表明改进后的LTI算法能成功地追踪出各种初至波射线路径。该方法具有计算速度快、精度高、能够得到全局最小时等优点。反演采用稳定性好、精度高、易于实现的LSQR反演算法。将全方位循环LTI算法与LSQR相结合，对一些有代表的理论模型进行反演，得到较理想结果。最后，将基于LTI-LSQR地震初至波层析成像方法应用到某煤矿煤层内部结构反演中，反演结果与实际吻合较好，进一步表明该方法的合理性、精确性和实用性。