波动方程叠前深度偏移是高精度的成像方法,它充分利用了地震波所携带的构造和岩性信息,而偏移产生的共成像点道集则是对这些隐含信息的直接体现。在强横向变速情况下,偏移距域或炮域存在射线有多路径问题,易引起偏移假象,因此降低了复杂构造情况下的成像精度。波动方程偏移输出的角度域共成像点道集(ADCIG)避免了射线多路径现象,正确地反映了地下的构造和岩性信息,是目前唯一没有假象的道集。角度域偏移方法的核心是提取高精度的ADCIG,其中基于双平方根方程偏移的提取方法最为便捷。本文实现了一种基于双平方根方程偏移的成象空间ADCIG提取方法,其在计算效率和精度方面均有较大的改进。由于噪声和地层调谐效应的影响,即便在速度正确的情况下,ADCIG同相轴也不一定能完全校平,本文探讨了ADCIG高角度处的波形畸变问题,并通过拉伸切除的方法对角道集进行处理,以消除它在叠加剖面上产生的低频噪声。为了进一步提高角度域叠加剖面的成像效果,本文分析了基于奇异值分解的去噪方法对ADCIG的适用性,对具有水平相干同相轴的ADCIG,奇异值分解去噪方法可以有效去除随机噪声的干扰,同时还可以压制高角度的低频波形拉伸,有效提高了角度域叠加剖面的信噪比和分辨率。地球介质中的大部分岩石都具有各向异性特征,在地震成像过程中,忽略地层各向异性效应将导致目标区空间反射波归位不准确,绕射波不能完全收敛,甚至产生构造扭曲或构造假象。随着对勘探精度要求的提高,地层各向异性对地震成像效果的影响也越显突出。本文将VTI介质中qP波的频散方程引入到双平方根方程的波场延拓中,基于速度分裂的思路推导了VTI介质双平方根方程偏移的波场延拓算子,有效地提高了非均匀各向异性介质中波场延拓的精度,实现了VTI介质角度域叠前偏移方法。该方法避免了各向同性偏移中角道集同相轴无法校平的缺陷,且具有更丰富的角度信息;VTI介质偏移剖面绕射波更加收敛,构造特征刻画更为清晰,信噪比和分辨率都有改善。在获得高精度的ADCIG之后,本文对角度域偏移在数据处理中的应用进行了探讨。首先,在速度横向变化剧烈或复杂构造区,由于常规成像道集存在不同程度的误差和假象,以此进行速度分析必然难以取得较为精确的速度场。而角度域共成像点道集是目前唯一没有假象的道集,且更为直观的反映了用于偏移的速度误差,非常适用于速度分析。本文对存在速度误差时角道集的剩余深度量进行分析,得到了基于剩余曲率法速度分析的速度更新方程,结合高分辨率相关函数速度谱计算方法,设计了基于ADCIG的速度分析流程,该方法通过ADCIG直观和定量的判断速度误差,可以得到更为准确的速度更新量,从而进一步提高了叠前偏移的速度建模精度。ADCIG的另一个重要用途是进行AVA分析。本文推导出双平方根保幅波场延拓算子,波场延拓之后通过成像空间的角度映射实现保幅的角度域叠前深度偏移,获得的ADCIG能够提供真实的地下构造和岩性信息。通过角道集AVA特征的正反演研究,分析了AVA曲线与角道集振幅特征的内在联系,探讨基于ADCIG的AVA分析在复杂构造区的适应性,结果表明本文保幅角度域偏移方法提取的ADCIG表现出和理论曲线更为接近的AVA特征,更有利于AVA分析和属性反演。通过本文理论分析和不同模型的测试研究,为叠前深度偏移的理论发展奠定了基础,为角度域偏移在资料处理中的应用提供了参考。