随着石油勘探和开发的不断发展，需要进一步研究更复杂的构造和非均质油气藏。三维波动方程有限差分数值模拟能有效的对复杂构造进行研究。三维波动方程数值模拟要面临占用内存大和模拟效率低的问题，本文采用的三维波动方程双变网格有限差分的并行模拟方法达到了较好的模拟效果和较高的模拟效率。应用双变网格方法对复杂储层地震波场进行精细模拟的研究越来越多，虽然双变网格能够更为精细地模拟复杂介质的波场并提高计算效率，但是算法本身会产生一些误差。为了更精确地对局部复杂构造进行数值模拟，本文从理论分析和数值模拟结果两方面对空间变网格的插值算法和变系数算法进行了定量研究和对比分析，并对局部变时间步长方法进行了误差分析。通过定量分析各种方法产生的误差大小，确定了这些算法的适用范围，从而可以通过选择合适的方法和参数，以保证在微弱波场异常情况下波场模拟的精度。用三维波动方程进行数值模拟时，在使用双变网格技术的基础上引入了并行算法，这样做可以更有效的解决效率问题。本文在三维数值模拟中选用了三维随机模型、含薄互层的平层模型和含有断层和穹窿构造的数值模型，并对模拟结果进行了简单的说明。