地震勘探在能源矿产及工程勘查中都有着广泛的应用，但多为二维地震勘探及相应的二维地震波场数值模拟。近年来三维甚至四维地震勘探有较大的发展趋势，本文主要针对三维地震进行数值模拟。地下实际具有各向异性和粘滞性等特点，对三维异性介质及粘弹介质中地震波场的传播特性的模拟是地震勘探学研究的重要课题之一，可以利用三维波场模拟验证理论算法、识别波场特征以及对野外观测系统设计具有指导作用。　　本文使用旋转交错网格模拟三维一阶速度应力波动方程，将传统交错网格中的速度、应力分量和介质参数重新分布。应力分量、弹性模量和速度分量、密度被分别放置在单元网格沿对角线的两个顶点上，通过对角线方向上的四个导数值近似计算水平方向和垂直方向上的导数。采用旋转交错网格正演模拟时，不需要对弹性模量求平均，使得在模拟地震波在粘弹介质、各向异性介质中传播时克服了传统交错网格计算结果不稳定的缺点,提高了波场模拟的精度。　　文中讨论了弹性各向异性介质中的地震波场数值模拟，使用Kelvin介质模拟粘弹性介质，并对其进行波场模拟，分析了粘弹性介质相对弹性介质的波场差异。针对数值模拟中的人工边界条件，使用CE吸收边界和非分裂的NPML吸收边界对波场在模型边界附近进行吸收衰减，对比了两种边界条件在相同情况下的吸收效果。有限差分数值模拟时，网格间距、采样间隔选取不合适时，会出现数值频散，引入FCT通量校正技术对数值模拟中的数值频散进行有效压制，对同等规模模型进行波场模拟时，可以加大网格间距或采样间隔或降低空间差分阶数，在一定程度上可以加快计算效率。　　使用组合边界条件模拟面波，利用三维数值模拟的优势，对面波传播过程中的质点运动状态进行了描述。使用三维地震波场数值模拟对认识实际介质中的地震波场传播有很大的指导意义。程序设计方面，采用分布式共享存储方式使用MPI+OpenMP函数库对程序进行并行设计，提高了程序计算效率和硬件的利用率。