全波形反演(FWI)是一种基于实测地震数据与模拟地震数据建立目标函数,通过最优化方法进行地震弹性参数成像的反演方法。由于全波形反演方法充分利用了振幅、旅行时、相位等波场信息,所以不仅能为逆时偏移提供良好的弹性参数模型,而且通过对弹性参数的成像有助于对储层进行油气预测。由于弹性波方程更符合实际地震波的传播特征,所以弹性波全波形反演一直都是理论研究和实际生产的关注热点。有限差分对比源反演方法是建立在逆散射理论基础上的弹性波全波形反演方法,该方法不仅能够有效地重建弹性参数,而且能够一定程度上提高反演的效率。有限差分对比源反演(FDCSI)方法是在逆散射理论框架下的非线性反演方法。不同于常规的FWI方法直接重建地层的弹性参数,FDCSI方法通过重建对比源(虚拟的散射源)和对比度进而估计弹性参数。本文采用弹性波方程描述地震波的传播,在频率域推导FDCSI多参数反演方法,同时反演纵波速度和横波速度。本文主要开展了以下几项工作:首先是常规弹性波正演及对比源正演。采用优化25点有限差分方法构建频率域差分算子、获取模拟散射波数据,通过将算子进行稀疏化存储,使得频率域正演更加简便,占用内存更少,更加适合多震源激发试验。其次有限差分对比源反演。由于差分算子只与背景介质以及给定的频率有关,所以每次迭代时差分算子的构建及矩阵分解只需要进行一次,这极大的提高了反演效率,也说明了这种方法在三维波形反演的巨大潜力。最后通过设置简单模型和Marmousi模型的数值模拟试验证明该方法在简单模型中的有效性以及在复杂模型中的高精度成像的能力。