随着油气勘探目标的逐步转变,对地震成像方法成像精度的要求不断提高。逆时偏移成像作为一种高精度成像方法已成为油气勘探领域研究的热点,旨在解决常规偏移方法无法对复杂构造精确成像的问题,为后续地震资料解释和油藏精细描述工作提供可靠保障。逆时偏移成像方法以波动方程正演模拟为基础,基于波动理论的声波方程正演模拟方法能够精确刻画地震波的运动学和动力学特征,从而更为准确地刻画地震波在地下传播的真实规律。但在逆时偏移成像方法实现的过程中,需要储存每个时间点的正向延拓和反向延拓的波场数据,庞大的数据存储量是制约该方法广泛推广应用的主要原因之一。压缩感知作为一种新兴的信号采样和恢复理论,一经提出就引起国内外专家和学者的广泛关注,将压缩感知理论应用于地震资料处理中也是地震勘探领域的一个重要的研究方向。逆时偏移成像涉及波场正演模拟、成像条件、偏移噪声压制等关键问题。本文采用高阶交错网格声波方程有限差分法对地震波场进行了正演数值模拟,在此基础上研究了差分阶数、子波频率及网格间距对数值频散的影响,并采用PML吸收边界方法吸收边界反射,避免了边界发射带来的波场干扰。在成像过程中,使用互相关成像条件和拉普拉斯噪声压制方法进行最终成像和低频噪声压制。模型试算结果表明,本文逆时偏移算法对复杂构造具由精确成像能力。本文在研究逆时偏移方法的基础上,使用二维离散小波变换构建正交字典对地震波场进行稀疏表示,并采用基于正交基线性表示方法改进的部分哈达玛观测矩阵对地震波场数据进行降维采样,达到了很好的波场压缩效果。为了保证逆时偏移成像的精度,本文研究了多种地震波场重构算法,通过分析对比不同算法的重构效果,最终选择使用计算效率和重构精度更高的BFSSAMP算法对地震波场进行精确重构。最后,通过模型试算验证了本文压缩感知算法可以有效压缩并精确重构正演地震波场,很好地解决了逆时偏移成像方法实现过程中的数据存储量巨大的问题。