地震勘探是开发海洋油气资源的重要理论基础和技术支撑。海洋中深部信息不仅会促进海洋物质环境、地层结构、洋壳运动、海洋岩石圈、上地幔等海洋基础地质问题的研究，也在宏观上促进海盆勘探战略认识和理论依据研究的发展，降低深水油气勘探风险，增加深水油气勘探经济效益。本文从上覆液相弹性介质地震波正演模拟中如何有效降低参数存储、提高计算效率出发，建立了上覆液相弹性介质时间域和频率域声-弹耦合方程，实现了上覆液相弹性介质介质时间域和频率域全波形反演方法，为进一步降低全波形反演的强非线性，发展了基于能量范数上覆液相弹性介质全波形反演方法。
　　基于声-弹耦合方程数值模拟是上覆液相弹性介质全波形反演的基础。本文首先借助于流-固边界连续性条件，在液相和固相介质中分别采用一阶的声波和弹性波控制方程，建立了基于常规交错网格上覆液相弹性介质声-弹耦合方程，实现了上覆液相介质地震波正演模拟研究。在此基础上，为提高上覆液相弹性介质声-弹耦合正演模拟计算效率，降低正演过程中的存储压力，借助等效交错网格思想，提出了时间域和频率域流-固界面地震波传播过渡层策略，建立了上覆液相弹性介质时间域和频率域声-弹耦合方程，实现了基于等效交错网格上覆液相弹性介质时间域和频率域正演模拟。为消除起伏海底数值模拟中常规笛卡尔坐标系下对起伏海底界面阶梯近似引起的绕射噪音，在将笛卡尔坐标系中含有PML吸收边界的声波和弹性波方程转换到曲变坐标系基础上，提出了时间域和频率域全等效交错网格过渡层策略，发展了基于全等效交错上覆液相弹性介质时间域和频率域地震波传播方程，实现了曲变坐标系下声-弹耦合方程正演模拟。
　　声-弹耦合地震波全波形反演是获取上覆液相弹性介质弹性参数信息的重要方法和途径。本文以上覆液相弹性介质时间域和频率域声-弹耦合地震波传播方程为基础，借组变分原理及伴随状态方法，推导了时间域和频率域上覆液相弹性介质声-弹耦合方程全波形反演的梯度算子，发展了时间域和频率域上覆液相弹性介质声-弹耦合地震波全波形反演方法，实现了上覆液相弹性介质中单参数与双参数全波形反演试算，揭示了利用海上地震纵波资料具有获取地下介质的纵、横波速度信息的潜力。针对多参数反演所面临的强非线性问题，利用前人提出的能量范数成像算子，基于解析解及正演模拟散射波场探究了能量范数提取地震波波场反射能量的特征，发展了基于能量范数声波全波形和上覆液相弹性介质全波形反演低频大尺度初始模型构建方法，阐述了基于能量范数全波形反演对低频大尺度反射能量提取的能力。针对海上实际拖缆采集纵波资料，在进行规则处理及低频滤波的基础上，利用实际海洋深水纵波资料开展了上覆液相介质全波形反演方法研究。
　　综上所述，本文针对上覆液相弹性介质建立了时间域和频率域声-弹耦合方程，提高了计算效率，降低了存储压力，并在此基础上发展了上覆液相弹性介质全波波形反演方法，实现了上覆液相弹性介质弹性参数反演研究，针对上覆液相弹性介质全波形反演的强非线性问题，提出了基于能量范数上覆液相弹性介质全波形反演方法。上覆液相弹性介质全波形反演仍存在许多问题，如密度参数的稳定反演，计算效率、实际采集资料预处理等，是一项长期投入的科研攻关，相信上覆液相弹性介质多参数全波形反演会在实际应用中发挥越来越大的作用。