在油气勘探逐渐深入的今天,勘探的复杂度增加,对成像的精度要求也越来越高。逆时偏移成像方法基于其高精度成像的优点,已成为油气勘探研究的热点,该算法主要解决常规偏移算法无法实现精细构造成像的问题,为后续构造地质解释及油气定位提供较为准确的信息。逆时偏移算法基于双程波成像特性,能更好的表征地震波传播过程的各项特征,能更真实的反应地下介质信息,但巨大的数据存储量一直是制约其发展的主要因素。压缩感知作为具有突破式进展的稀疏感知理论,提出至今受到广大学者的重视。在地震勘探领域,压缩感知在地震采集、地震成像中的应用已经成为了一个新的研究方向。本文主要研究稀疏波场压缩感知逆时偏移成像。本文基于一阶速度应力方程建立波场数据,采用二阶时间12阶空间交错网格差分方法进行数值模拟,使用分裂吸收边界条件消除边界反射,为防止多波成像串扰,利用矢量分解将混合波场分解为纯波波场。为解决波场的储存问题,本文对数据的稀疏表示进行分析,深入研究算法原理及字典构建,再分别以正交字典与冗余字典对地震波场数据进行稀疏对比测试,由单一尺度拓展到多尺度分析,并以不同字典不同采样率恢复数据,分析数据稀疏恢复能力。稀疏测试结果表明数据在不同字典些具有不同的稀疏表示,稀疏系数的特点与数据自身属性和字典属性相关。在感知数据上,鉴于其重建数学模型求解的难度和精确程度,文中着重探讨了贪婪算法的原理以及特性,包括基础型和改进型。在文中选取了3种不同优化程度的贪婪算法,对地震波场数据进行重建测试,结合计算时间和精度,选取了广义正交匹配追踪算法作为本文的感知算法。在感知成像中,采用矢量内积成像条件,为防止大角度成像干扰,分别计算了基于poynting矢量的地震波传播角度和基于速度分量的波场入射角度,以角度限制成像。针对偏移算法产生的噪声,文中探讨了常规laplace去噪的原理及缺陷,并引入形态分量分析,以字典的稀疏表示特征为基础,将不同属性的地震数据形态分离,以达到数据去噪的目的。成像测试结果表明,本文算法的数据量存储量更少和成像精度更高。本文研究波场的稀疏特性兼顾数据压缩与去噪,在存储及成像精度问题上实现突破。