地震射线追踪方法在地震勘探、天然地震等多个领域都有应用，主要包括地震层析成像、射线偏移、地震定位、微地震监测等。随着实际应用的需要以及计算机技术的发展，人们对成像精度的要求日益加大。所以，有必要研究和发展快速高效的多值射线追踪方法。多值射线追踪方法技术正是迎合了这种社会需求、继而发展起来的。本文研究内容主要包括两大部分：（1）相空间方法多值射线追踪；（2）叠加类方法多值射线追踪。相空间方法主要包括基于网格的计算方法以及基于射线的计算方法。这类方法是在传统射线追踪的基础上引入第三个坐标量，以此用来区分和扩展自相缠绕（或重叠）的地震波前，进而实现多值射线的追踪。在二维实空间中自相缠绕的地震波前，变换到相空间中就变成了一条单值的三维曲线，因此我们可以在相空间中追踪多值射线。前人基于波前构造法对界面的处理存在缺陷，即：采用双程模拟（正向：炮点至界面；逆向：检波器至界面）的方法实现反射波前的扩展，从而影响计算精度和CPU计算时间，本论文针对该问题提出了波前映射的方法对其进行改进，从而提高了计算精度和降低了CPU计算。这是本论文核心部分。作为对比研究，本文也将介绍一些目前比较流行的叠加类多值射线追踪算法，包括子射线法和极值法。前者主要用于计算直达波的多值射线，后者主要用于计算反射波的多值射线。这两种方法都需要将来自炮点和检波器的两个走时场进行叠加，然后在叠加的走时场中求取极值，进而追踪多值射线。