面向储层的叠后和叠前地震反演是油气勘探的重要工作流程,精确的弹性参数反演结果可以进一步用于获得高精度的储层物性参数,有效区分岩相和识别流体分布。油气勘探程度的不断深入对储层地震反演方法提出了更高的要求。为此,本论文围绕提升储层地震反演的精确性和高效性,以正则化方法的改良、反演参数的优选和正演算子精度的提升三个方面为出发点,展开相关的方法和理论研究,并通过数值模型测试分析和实际数据应用两个方面来验证方法的可行性和有效性。首先,提出了基于乘法正则化方法的反演策略。为了提升叠后地震反演结果的纵向时间分辨率和结果剖面的横向空间连续性,传统基于加法正则化的声波阻抗反演方法常常在目标函数中引入多个正则化项及与之对应的正则化参数,然而确定一组合适的正则化参数组合尚无理论方法存在,只能通过人为试错法进行优选,这个过程是非常耗时的。以解放地球物理学者在这个过程中的参与度为目的,本论文提出了一种基于乘法正则化的多道声波阻抗反演方法,该方法在每次反演迭代过程中自适应地选取最优的正则化参数,从而提高了反演效率。在目标函数中引入加权L2范数各向异性全变分乘子,既保证了反演结果的纵向分辨率,又考虑了声波阻抗的横向分布特征。借助L-BFGS更新迭代方向,采用解析方法求解迭代步长,实现了高效的多道声波阻抗反演。其次,提出了新的用于常规储层反演的模型参数。以声波阻抗反演为例,声波阻抗和反射系数这两个模型参数常常作为反演的模型参数。声波阻抗通常具有块状特征,通常假设反射系数满足的分布极其稀疏,在反演目标函数中加入高级的约束项或者约束项组合才能满足反演的精度。结合散射理论的思想,本论文提出了声波阻抗对比函数作为新的模型参数,它表征了同一层中真实模型和光滑的先验模型之间的相对差异。声波阻抗对比函数包含了声波阻抗中的相对高频成分,它满足的分布更接近于一个不太稀疏的分布。在反演目标函数中通过贝叶斯理论引入拉普拉斯分布作为约束,通过交替方向乘子法实现了反问题的精确高效求解,进而得到了具有块状特征的声波阻抗。最后,基于声波散射理论,推导了新的用于模拟叠前地震道集的正演算子,并在高斯-牛顿反演框架下实现了纵波柔量和密度的同时反演。结合WKBJ近似下光滑背景介质对应的解析格林函数,从一阶二维声波微分方程组出发,推导了1.5维情况下声压场和质点振动速度满足的Lippmann-Schwinger方程。它表征了全波场与纵波柔量和密度对比函数之间的强非线性关系。同时,合成的叠前道集中包含了多次波、透射损失和波前扩散在内的波动传播效应,相比于传统方法更加精确地模拟了波动在地下介质中的传播效应。然后,结合1.5维问题的特殊性提出了新的预条件算子,基于预条件最小二乘数值方法实现了全波场的直接、精确、快速求解。最后,基于高斯-牛顿反演框架实现了基于声波散射理论的叠前波形反演,反演过程考虑了反映多参数之间互相耦合的拟Hessian矩阵,精确求解了纵波柔量对比函数和密度对比函数,进而得到了高精度的纵波柔量和密度参数。