地震正演模拟是通过解波动方程(声波和弹性波)来模拟地震波在地下的传播过程，对于了解地震波在不同地质环境中的响应起着非常重要的作用，是地震勘探的理论基础，在地震勘探当中被广泛使用。有限差分方法是最常用的地震正演模拟方法，具有运算速度快，容易并行运算等优点。　　 现在更多的是进行二维正演模拟，而三维正演模拟对于复杂地区实际勘探工作意义重大，但三维正演模拟需要耗费大量的计算资源一定程度上制约了三维正演模拟在实际工作中的应用。为了提高运算效率，引入基于图形处理器(GPU)的优化技术，GPU并行计算技术已经在越来越多的领域得到广泛应用。　　 本文通过将二维正演模拟算法扩展到三维，将有限差分法三维地震正演模拟的算法在MATLAB上实现，并将其进行GPU并行，既实现了三维正演模拟，又可以大大节约运算资源和经济成本，使得原本计算量巨大的三维正演模拟可以在微机上实现。通过三维地质模型验证正演算法的正确性和GPU并行运算的高性能，同时也表明了三维正演模拟比二维正演模拟更接近实际的情况，在实际勘探工作中会发挥更大的作用，同时基于GPU的并行运算是目前地震勘探中大规模计算需求的一个重要的发展方向。