反演一直作为勘探地球物理和应用数学研究的重点对象之一。虽然全波形反演具有高精度、高分辨率等优点,但初始迭代速度模型的选取会严重影响全波形反演的结果,所以提供一个较为准确的速度模型作为全波形反演的初始迭代模型至关重要。另一方面,高频近似下的逆散射反演算法有较高的准确性,又具备快速计算特性,其计算结果可作为全波形反演的初始迭代模型。基于上述原因,本文提出了一类新的逆散射反演方法。针对介质复杂程度,分别讨论了常速背景逆散射反演算子与变速背景逆散射反演算子。为了进一步考察本文所提出新方法的有效性和优越性,论文针对三维介质模型对非线性逆散射反演算子进行数值模拟,并将得到的实验结果与线性逆散射反演算子结果进行比较。算例结果表明:非线性逆散射反演算子误差更小,基于二阶Born近似的逆散射反演算法可以克服基于一阶Born近似的逆散射反演算法的弱扰动限制,能够适应强扰动速度介质的反演。在此基础上,本文还提出了基于国产芯片“申威26010”上的逆散射反演类异构并行算法。数值结果表明:常速背景与变速背景下的异构并行算法的并行效率分别可以达到0.88和0.58;并行效率随着节点数量的增加而基本保持稳定,非线性逆散射反演的异构并行算法具有较强的可扩展性。