全波形反演因其利用了全波场的信息进行模拟记录和观测记录的匹配,相比其他的反演方法利用的波场信息更丰富,具有更高的成像精度,在油气地球物理勘探中得到越来越多的研究和应用,但是全波形反演尤其是三维的全波形反演方法具有超大规模的计算量,致使其反演效率远低于其他反演方法。本文围绕时间域弹性波全波形反演理论展开反演精度及反演效率的研究,并针对陆上实际资料进行时间域三维弹性波全波形反演的实用性研究。首先,从减少全波形反演的计算量出发,通过震源编码的方法将若干单独激发的震源波场和残差波场的数值模拟过程组合成一个超级炮的震源波场和残差波场的模拟过程,减少了数值模拟的次数,在反演精度足够的前提下,显著改善了反演的效率。其次,基于梯度类优化方法,提出一种来自RMSProp优化器的梯度预处理方法,将该方法用于传统的共轭梯度优化方法当中,测试结果证明了该方法可以保证反演过程中收敛趋势的稳定,改善深层建模的质量,提高收敛效率。L-BFGS优化方法是基于二阶泰勒展开得到的,因此相比于常规的一阶收敛方法,具有更快的收敛速度和更高的收敛精度,本文将该方法应用到了时间域二维及三维的弹性波全波形反演中,数值算例表明该方法只需要更少的迭代次数就能达到较好的反演精度,提高了全波形反演的效率及精度。最后,针对陆上实际资料,利用分层反演的策略减少全波形反演过程中的非线性因素,用有限差分细网格剖分浅层低速区域,在较好地重建浅层速度后,固定浅层,使用大网格反演深层高速区域。理论测试和实际资料反演结果表明这种策略可以较好地恢复浅层及深层速度,改善偏移成像的质量。