石油勘探进入复杂构造勘探和岩性油气藏勘探阶段,常规勘探的成功率逐渐下降,因此井中地震勘探技术的应用越来越广。垂直地震剖面(VSP)技术及其发展起来的RVSP技术,作为井中地震勘探技术得到了广泛的应用。为了对野外VSP/RVSP采集系统提供合理的技术指导,并为野外VSP/RVSP地震资料的处理和解释提供必要的理论支持,我们必须弄清楚VSP/RVSP观测系统中地震波在地下介质中的传播规律。VSP/RVSP观测系统数值模拟是弄清波场在地下介质中传播规律的最有效的手段。标量波数值模拟中,采用高阶有限差分算法,实现了三维各向同性介质中标量波波动方程的数值模拟。通过数值频散分析,我们消除了空间数值频散和时间数值频散影响;同时,通过构建标量波最佳匹配层(PML)吸收边界,解决了数值模拟中的关键问题——人为边界反射效应;随后利用标量波VSP/RVSP高阶有限差分算法对理论模型和实际地球物理模型进行了数值模拟,通过分析模拟得到的波场快照和炮记录,我们认识了P波在不同构造中的传播特征,为实际观测系统的建立起到了指导作用。弹性波数值模拟方面,通过推导纵、横波完全解耦的时间域高阶有限差分格式,实现了纵、横波完全分离的多分量VSP/RVSP高阶有限差分算法,并通过构建弹性波PML吸收边界,消除了人为造成的边界效应。通过模拟不同震源加载方式对波场的影响,分析了不同震源产生地震波的特点。通过对不同模型的模型试算,得到了多分量全波场、纯P波波场和纯S波波场的波场快照和炮记录,通过分析波场,得到了弹性波在多分量VSP/RVSP观测系统中的传播规律。对非零偏VSP资料的偏移成像是非零偏VSP处理的关键技术之一。在对非零偏VSP成像的过程中,首先根据波的不同特征利用f-k变换把上行波和下行波分离开,然后根据VSP观测系统中地面炮点数多而井中检波器个数少的特点,利用地震波场的互易原理将VSP数据抽成共接收点道集,最后利用共接收点道集进行单程波算子的叠前深度偏移成像。单程波算子波场外推法具有很好的保幅特性,且能适应很强的横向变速,利用单程波算子波场外推的方法可以很好的对VSP共接收点道集地震数据进行偏移成像。上述方法对RVSP记录的深度偏移成像也是可行的。