AVO是振幅随偏移距变化(Amplitude variation with offset)的英文缩写或振幅与偏移距关系(Amplitude versus offset)的英文缩写,AVO技术是利用地震波振幅与炮检距(入射角)的关系来探测地层岩石物性参数的一种方法,已被广泛用于勘探油气、煤炭等资源领域并取得了良好的效果。但目前在工程勘察领域,AVO技术的应用却不是很普遍,其理论研究也相对较少。因此,建立相应的地质地球物理模型,进行AVO正演模拟、分析,归纳总结其规律具有十分重要的意义。本文在前人研究的基础上,重新推导了基于平面波的佐伊普利兹(Zoeppritz)方程和边界条件及基于弧形球面波的Zoeppritz方程,简要分析了浅层地震反射波中平面波与球面波AVO的差异。建立了水平层状单界面模型、地下溶洞模型、局部富水模型等数学物理模型,运用波动方程,针对反射波振幅与入射角的关系用Tesseral和Matlab编程进行正演模拟与曲线绘制,采用增加网格剖分和计算单元(Mesh)来提高模拟精度,增加正演模拟的可靠性。通过正演模拟与实测地震数据的对比分析,可知:在平面波入射条件下,单界面地震反射波振幅随着入射角增加而逐渐减小,即在一定距离内地震波能量是逐渐衰减的;地震波向下传播遇到溶洞时,地震波的极性不发生改变,但反射波的振幅随着入射角增加呈现出先增大后减小的趋势;地震波向下传播遇到饱水层时,反射波振幅先逐渐减小,再逐渐增大;在球面波入射的条件下,地震AVO不仅与波阻抗有关还与弹性界面的埋深有关,埋深越大越接近平面波的AVO。浅层地震波AVO的正演模拟是浅层地震勘探资料处理及反演解释的基础,可以为AVO技术在工程勘察中的应用提供方法支持。