地震波正演数值模拟作为地震勘探的基本内容之一,对研究地震波在地下介质中的传播规律起到了极其重要的作用。目前,地震波数值模拟已被普遍应用于地震勘探的每个阶段,使用方法简单、计算效率高并且精度也可达到要求的数值模拟方法就更加的重要。随着地震勘探的发展,勘探的目标体转向了尺度较小的地质异常体,比如尺度小的溶洞、孔隙、断层等,这些地质异常体更加复杂也更加接近实际地质问题。在研究这些复杂地质问题时,对数值模拟方法的要求也更高。偏移成像技术的研究一直是地震勘探的重要问题,随着成像目标体愈加复杂,成像的难度也不断增大,基于射线理论和单程波动方程的偏移成像方法也显现出了些许不足,而基于双程波动方程的逆时偏移完全遵循波动方程,可以对所有传播路径的波进行偏移成像,是目前精度最高的偏移成像方法。本文在总结前人研究成果的基础上,推导了各向同性介质的一阶速度-应力方程,采用交错网格高阶有限差分法对不同的模型进行地震波数值模拟,得到了各模型的波场快照以及地震记录,验证了数值模拟方法的有效性。通过分析各模型的波场快照和地震记录,研究不同地质异常体的波形,便于解释波场特征。在数值模拟的基础上,去除了反射界面的反射波场,保留了散射波场信息并对散射波进行了分析。在地震波正演数值模拟的基础上实现了叠前逆时偏移方法,采用的差分格式与正演模拟相同。对目前普遍应用的逆时偏移成像条件进行了介绍,选用互相关成像条件对地震波正演模拟中的各模型进行逆时偏移成像。使用逆时偏移成像方法对全波场和散射波场分别进行成像,并比较两者的优劣。分析逆时偏移成像的结果,可以得到:逆时偏移成像对圆形散射体模型、矩形散射体体模型、凹陷模型、断层模型、裂缝模型等模型进行叠前逆时偏移成像均取得了不错的成像效果,证明该成像方法是真实可靠的。但散射波场逆时偏移成像结果对绕射点的成像更为清晰,效果更好。