全波形反演利用观测地震数据与模拟地震数据的残差来构建目标函数,通过求取目标函数的极小值问题来获得地下介质参数,其结果分辨率高,近年来成为一个研究热点。由于单一的纵波速度信息已无法满足地震勘探成像日益复杂化和精细化的要求,本文针对时间域弹性波全波形反演展开了相关研究。本文基于时间域一阶速度-应力弹性波动方程,根据拉格朗日伴随方法理论推导出了伴随方程和相应的模型参数梯度表达式。在正演模拟时为了防止人工边界截断所导致的边界反射干扰波,本文采用不分裂的CPML（Convolutional perfectly matched layer）边界条件进行吸收压制。针对时间域弹性波全波形反演对初始模型依赖性比较强这一问题,本文采用了基于低通滤波器的多尺度反演策略,降低反演算法对初始模型的依赖性,提高反演精度,并采用二维和三维模型数据进行了反演测试,测试结果表明了该方法的有效性。针对实际地震勘探中子波难以准确提取而子波估计错误又会使反演结果不准确这一问题,本文提出了基于卷积型目标函数的时间域不依赖子波的弹性波全波形反演方法,并在目标函数中的参考道上加时窗来消除卷积和互相关运算所引入的噪声。为了更进一步提高该算法的抗噪能力,本文在卷积型目标函数的基础上采用了L1型、Huber型和混合型目标函数。此外,本文利用卷积运算的滤波作用,设计了基于该目标函数的多尺度反演策略,通过不断提高子波的主频来实现多尺度反演,降低了反演对初始模型的依赖性,提高了反演精度。模拟数据测试结果表明即使子波估计错误,利用本文不依赖子波的方法也可以获取比较准确的反演结果,实际资料数据测试结果也更进一步地证明了该方法的合理性和准确性。针对全波形反演海量存储和计算量的问题,本文采用基于三角函数正交基的震源编码方法,不仅避免了海量的波场数据存储问题,而且将多个单独激发的震源编码为一个超级炮,大大减少了波场正传、反传的次数,提高了计算效率。该震源编码方法不存在传统的编码方法所存在的串扰噪声的问题,模型数据测试结果表明了该方法的可行性和准确性。