地震正演模拟技术作为地震学和地震勘探技术的一种基础工具,能够确定矿产储层与地震属性的关系,揭示不同物理性质介质的地震响应特征,所以在各个领域,地震正演模拟技术得到了广泛的实际应用。在地震勘探中,完全各向同性介质和横向各向异性介质是最普遍的对称模型。本文以弹性波波动理论为基础,采用有限差分方法进行实现了完全各向同性介质和横向各向异性介质的正演模拟算法,并实现了完全各向同性介质正演结果的纵横波分量。本文主要研究内容有下面几个方面。(1)实现了弹性波方程的数值模拟的GPU并行计算算法,探讨了GPU并行算法的一般优化方法。针对本文算法,借助P2P技术使算法可以进行多GPU扩展,能够计算更大的模型并且进一步提高的计算效率,并且针对反复计算位移导数会遭遇访存受限的问题,引入了使用共享内存的方法来提高算法性能。(2)研究了各向同性介质和横向各向异性介质的模拟方法。通过介质的Lame参数,能够正演模拟各向同性介质的波场传播情况;通过介质的Thomson参数表征,能够计算得到介质的刚度矩阵系数,进而可以对VTI介质和HTI介质中地震波的传播进行正演模拟。(3)在各向同性介质的条件下,对正演结果做旋度和散度运算能够分离纵横波,但是计算得到的结果相比原始地震记录相位与振幅都发生了改变,对结果做希尔伯特变换后乘以规格化因子可以恢复原有的相位和振幅。