地球介质的非均匀性是石油天然气储层、金属矿床和水文地质等研究的重要组成部分。非均匀性的形成与沉积环境、构造运动相关,也指示着粒度、粒序和连续性的变化。利用地震数据、井数据和地质知识获取地球非均匀介质的物性分布具有重要的意义。地震反演是研究储层介质非均匀性的重要方法。但地震数据的带宽是有限的,只利用地震数据获取精确的储层模型是非常困难的。地质信息(如沉积相和地质构造)、井数据及介质的空间相关性都可以为地震反演提供重要的信息。其中,地质统计学反演是有效融合多源信息,恢复储层小尺度非均匀性及空间连续性的有效方法。地质统计学随机建模及优化算法是地质统计学反演成功应用的关键。本文研究了一种综合利用地震数据、井数据,地质信息及介质的空间相关性特征的储层快速随机建模和反演方法,通过多源数据的利用,并结合岩石物理关系,获得地下介质弹性及物性参数的空间分布。建模方面,通过指示协克里金、概率场模拟和快速傅里叶变换滑动平均法的综合利用,能够使构建的储层模型符合地质信息、井数据和介质的空间相关关系等先验信息;而反演方面,将逐渐变形法引入到地震反演,则保证了反演过程始终受到先验信息的约束。通过采用不同随机数进行多次反演实现,对不同的反演结果进行统计分析,可以定量计算反演结果的不确定性。本文根据地震数据的特点,提出的逐渐变形法的三个改进策略,使该方法适用于地震数据的反演,显著地提高了反演的计算效率。将改进后的建模及反演算法应用于叠后波阻抗反演,叠前弹性参数反演及物性和弹性参数同时反演,并利用合成模型及实际数据实验,证明了本文提出方法的可行性和有效性。具体研究内容如下:(1)研究综合地质规律、井数据等多源信息的随机建模方法;(2)针对地震反演的特征,研究逐渐变形法的改进与优化策略;(3)设计储层随机建模和逐渐变形法反演的GPU并行算法;(4)研究综合应用随机建模、逐渐变形法、岩石物理模型等进行弹性及物性参数反演的基本流程和方法,并利用合成模型和实际数据进行验证。通过本文的研究,得到如下一些结论和认识:(1)快速傅里叶变换滑动平均建模方法在空间域产生随机数序列,结构参数与随机数分离,随机数与模型之间存在空间对应关系,可以对模型进行局部修改和分区域建模;利用指示协克里金、快速傅里叶变换滑动平均法和概率场模拟建模,可以构建满足地质信息、井数据、任意概率分布和自相关函数的储层模型;(2)逐渐变形法迭代过程中是修改高斯白噪序列,而不是直接修改模型,保证了反演过程中构建和修改的模型始终满足地质信息、井数据和介质的空间相关关系;本文针对地震数据的特征提出的三个改进策略,显著地提高了反演的计算效率;(3)FFT滑动平均建模和逐渐变形反演方法的并行化算法设计思路简单,并行化程度高,克服了传统地质统计学建模和反演并行算法实现困难的缺点,进一步提高了反演的计算效率;(4)通过大量的合成模型和实际数据实验,证明了本文算法能有效的融合地质规律、井数据、地震数据等多源信息,综合了确定性反演方法和随机反演方法的优点,计算效率高,结果合理,且能给出结果的不确定性评价。论文共分为5章,第一章绪论对论文的研究目的、意义、国内外发展现状、研究内容、方法、技术路线、创新点等进行简要介绍;第二章介绍了FFT滑动平均方法、指示协克里金,概率场模拟的基本原理及其相互结合建模的优点,并通过实验进行了说明和验证;第三章介绍了逐渐变形法的基本原理、改进策略及其GPU并行算法设计的思路;并分别对逐渐变形法在叠后地震声阻抗反演、叠前地震弹性参数反演及物性和弹性参数同时反演中的应用进行了讨论;第四章利用三个实际地震数据,对逐渐变形法在实际数据中应用的效果进行了实验;第五章总结了本文研究内容及成果,并提出下一步的研究建议。