针对地震勘探中的复杂地表问题，论文实现了一套地震初至波表层模型层析反演方法。该方法是利用地震波射线的走时和路径，反演介质速度结构的一种高精度的反演方法。它利用地震直达波、回折波、折射波以及三者组合的初至波和层析反演方法具有的纵、横向变速优势，实现适应速度任意变化的复杂表层模型反演。通过理论模型和实际资料的处理，证明了该方法的正确性和有效性。根据地震波传播的基本原理，本文首先对初至波在表层模型中的传播规律及类型特征进行了分析；接着，论文在分析网络最短路径算法求解地震射线追踪问题的原理、方法技术以及存在问题的基础上，改进并完善了动态网络最短路径地震射线追踪方法。该方法具有运算速度快，占用计算机内存少等特点，能适于各种复杂的非均匀介质，极大地提高了射线追踪的精度。然后，基于本文改进的动态网络最短路径地震射线追踪方法，建立了层析反演目标函数并详细推导了求解方法，从而实现了初至旅行时表层模型层析反演，通过理论模型试算证明了该方法的正确性和可行性。最后，运用初至旅行时表层模型层析反演方法对实际地震资料进行了处理，反演得到了可靠的地表速度模型，为解决复杂地区地震资料静校正、波动方程延拓近地表校正和叠前深度偏移等问题奠定了良好基础。