随着地震勘探技术的不断进步，地震储层预测技术得到越来越广泛的应用，在实际勘探生产中也见到了良好效益。地震波阻抗反演作为储层预测的核心技术，在储层预测中起到越来越重要的作用。该技术是利用地表观测的地震资料，以已知地质规律和钻井、测井资料为约束，对地下岩层空间结构和物理性质进行成像(求解)的过程。它能较真实地反映地下的地质构造和储层的岩性特征，是油藏描述与储层预测的关键技术。目前常用的波阻抗反演方法都是线性的，由于大部分地球物反演属于多极值的目标函数优化，线性反演方法会导致反演结果陷入局部最优。为了找寻地球物反演全局最优解，本文通过匹配追踪及其改进算法实现地震波阻抗非线性反演，并取得以下研究成果：（1）在总结匹配追踪算法基本原理、算法流程的基础上，深入研究了利用该算法提取地震数据相对反射系数，实现地震相对反射系数反演的过程。通过模型试算表明：该算法能够实现对地震信号的自适应稀疏分解，且分解精度相对较高；对于厚度小于14的地层，地震相对反射系数反演结果仍可反映模型的楔形趋势，但误差可能会偏大。（2）在阐述双极子分解匹配追踪算法基本原理、算法流程的基础上，详细论述了利用该改进算法提取地震数据相对反射系数，实现更高精度地震相对反射系数反演的过程。通过模型试算对新、旧两种算法进行对比，验证了双极子分解匹配追踪算法比传统匹配追踪算法对地震信号的分解精度更高，分解稳定，且具有一定的抗噪性。（3）在详细介绍波阻抗反演基本原理、波阻抗反演基本假设及波阻抗反演主要方法的基础上，重点阐释了利用已提取的相对反射系数实现波阻抗反演的原理及流程。通过模型试算对比分析表明，改进算法波阻抗反演结果比传统算法波阻抗反演结果有更高的分辨率。（4）本文将匹配追踪及其改进算法波阻抗反演应用于实际地震数据反演中。并将基于模型波阻抗反演、匹配追踪波阻抗反演及双极子分解匹配追踪波阻抗反演三种反演算法的反演结果进行对比分析，验证了匹配追踪及其改进算法对地震数据的波阻抗反演结果精度更高、效果更好。（5）本文还在利用匹配追踪及其改进算法提取相对反射系数过程中，引入三瞬参数来约束过完备原子库参数的选取，这样在保证波阻抗反演精度的同时，提高了运算速率。（6）本文的研究结果说明匹配追踪及其改进算法是一种有效的反演算法,特别适用于非线性、多极值的地球物理反演问题,在地球物理非线性反演中具有广泛的应用前景.该方法也适用于其他领域非线性最优化问题的求解,其算法具有较强的通用性。