随着我国对海洋领域重视程度的不断提升,认识、了解海洋环境变得尤为紧迫。海底的声速、密度、吸收系数等声学参数对水声信号的传播有着重要影响,因此海底信息的获取——声学反演技术研究已成为水声研究中的重要课题之一。随着水声研究低频、甚低频的趋势化发展,声传播问题的解析和验证往往需要更深层的海底参数信息,开展深层海底声学物理特性信息声学反演技术研究愈发迫切。因此,本文基于甚低频矢量水听器获取的声压和垂直振速蕴含的垂直波阻抗信息,利用非线性贝叶斯理论开展深层海底参数反演研究,并结合海试数据获取了某海域的海底参数信息。首先,研究了一种全局优化算法——自适应单纯形模拟退火算法(ASSA),该方法结合了模拟退火算法和下山单纯形算法的优势,适合作为海底地声参数反演的寻优算法。研究了浅海声矢量场的波阻抗特性,相比于水平波阻抗,垂直波阻抗携带了更多的海底参数信息,适宜作为地声参数反演的观测量。开发了声场并行计算程序用于声场的快速计算,并构造了多层海底情形的9参数反演场景,数值仿真验证ASSA算法具有良好的全局寻优能力,可以满足海底地声参数反演的实际需求。其次,研究了非线性贝叶斯反演理论,在此基础上研究了马尔科夫蒙特卡洛方法,包括拒绝抽样法、Metropolis算法、渐变马尔科夫蒙特卡洛法,自适应退火Metropolis算法,并数值仿真验证了自适应退火Metropolis算法对于高维概率密度函数的随机样本产生能力和质量。基于同样的多层海底情形的9参数反演场景,将自适应退火Metropolis算法用于海底参数反演中,得到了海底参数的最大后验估计,分析了反演参数之间的相互关系,分析反演结果的不确定性。最后,利用外场试验矢量数据开展了基于非线性贝叶斯理论的海底参数反演,得到了某海域的实际海底参数,并分析了反演参数间的相互关系和最大后验概率估计的不确定性。