本发明公开了一种基于波动方程的多次波分层正演模拟方法、装置及设备。该方法包括：构建初始正演地质模型；选取初始正演地质模型中的任一地层作为目标层，将目标层以下的所有地层填充为常数，生成第一正演模型；将初始正演地质模型中目标层的上一地层以下的所有地层填充为常数，生成第二正演模型；基于波动方程分别对第一正演模型和第二正演模型进行正演计算，得到第一正演炮集和第二正演炮集；采用自适应相减算法对第一正演炮集和第二正演炮集进行处理，得到目标炮集；对目标炮集进行偏移处理。本发明能够实现在地震勘探正演模拟中单独对任一反射层产生的多次波的正演模拟，以及多类型多次波的分离。