弹性波全波形反演是地震勘探中重要的研究方法。它从地震数据得到的弹性参数中重建高精度的图像,为地震勘探专家进行石油勘探提供依据。弹性波全波形反演相对于传统的地震勘探方法具有一定的优势,一方面弹性波波动方程相对于一般的声波方程参数更多,对地下介质结构描述的更准确;另一方面,对于复杂地质结构能够构建得更加清晰。但该方法是以巨大的计算成本消耗为代价的。随着高性能计算领域的蓬勃发展,以及超算平台计算能力的不断提高,使得该算法的大规模实现逐渐变为了可能。本文采用的弹性波全波形反演算法,一方面利用有限差分法在时间域进行正演的数值模拟,另一方面把梯度的计算放在频率域来减小时间域对计算成本的消耗。本文研究了全波形反演的并行化算法实现,主要研究内容包括以下部分:首先,提出了采用MPI重复非阻塞通信的方法来提高全波形反演的通信效率。针对传统初始化通信对象次数过多,重复通信开销过大的问题,利用重复非阻塞通信一次初始化多次通信的特点和通信与计算重叠的优势,对全波形反演中正传、反传、以及下一次迭代的步长估计进行加速,减少了运行时间。其次,提出了一种GPU和CPU混合异构计算的加速方式,在全波形反演迭代并行过程中,由于分块边界C-PML层和分块内部速度v迭代计算具有独立性,因此将分块内部速度v的迭代计算利用CPU完成,而C-PML层则放在GPU上计算。同时,对于具有多个C-PML层的分块,利用CUDA多流中计算与通信的重叠进行并行优化,实验验证了该方案在规模较大时的优化效果。最后,设计了一个关于全波形反演的模拟平台,能在Web页面进行全波形反演模拟,为用户进行模拟实验提供了方便。