全波形反演技术(Full waveform inversion,FWI)利用叠前地震波场的运动学和动力学信息,定量提取地下介质参数并重建地下速度结构,可为叠前深度偏移、岩性判断和油气藏识别提供可靠的速度资料。该方法已经逐渐引起了越来越多地球物理工作者的重视,成为地球物理勘探领域的研究热点之一。本文首先以时间域弹性波全波形反演方法为基础,对波形反演中的波场构建、梯度计算以及更新量的求解等主要方面进行相应的介绍和分析,通过模型测试表明了常规弹性全波形反演在初始模型缺失低频信息的情况下不能准确收敛到全局最优。针对弹性全波形反演方法对初始模型依赖性强的问题,本文将声波包络反演方法推广到弹性介质,实现了弹性波包络反演方法。此外,在进行弹性包络反演之前通过维纳滤波对地震数据进行时间尺度分解,有效解决了多分量地震资料主频较高时包络反演存在的不稳定现象,构建低频速度场模型,自适应地实现了一种从超低频开始的多尺度反演策略。通过一组数值实验对该反演策略的适用性进行了分析和对比。为了优化时间域波形反演中内存和计算效率的关系,本文将时间域正演方法的高效性与频域反演方法的多尺度特性相结合,通过从时域波场中提取相应的频率成分计算对应不同频率成分的梯度向量,构建了时间域正演频域反演的混合域反演方法;并且,针对反演中深层成像结果较浅层差的问题,在梯度预处理环节引入带有衰减项的补偿因子以均衡梯度场能量分布,以提高深层成像效果。结合弹性波包络反演构建的初始速度模型,利用时间域正演频域反演的混合域反演方法,实现了基于时域正演的弹性波频域多尺度反演策略。通过部分Marmousi模型以及Sigsbee2A模型进行了试算和效果分析,验证了本论文研究的理论方法与程序算法的有效性和稳定性。