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海底沉积物弹性参数的获取对于天然气水合物勘探、海底冷泉探测等有着重要意义。在海洋地震勘探研究中,研究目标往往集中在海底以下目标体的探测。AVO (Amplitude Variation with Offset)技术作为一种从叠前地震数据中提取地下介质物性参数的有效手段,主要关注了海底以下地层物性参数的反演,对于与海水交界的海底沉积物弹性参数的反演往往被忽略。本文研究目的在于利用海底反射的AV0效应进行海底沉积物弹性参数的反演。海底反射界面可视为一个流体-固体界面,该界面处满足法向应力连续、法向位移连续、切向应力为零三个边界条件。本文基于该界面处的边界条件推导了描述平面纵波入射海底时透反射效应的Zoeppritz方程。海底反射界面是一个强弹性差异界面,常规的弱弹性差异假设下的近似方程不适用于海底反射。本文利用级数展开的方法在不对界面两侧弹性参数做任何假设的情况下推导了反射系数随入射角变化关系的近似方程。描述海底反射系数随入射角变化关系的精确方程和近似方程构成了本文的理论基础。基于海底反射系数随入射角变化关系的精确方程和近似方程,给出了一种海底沉积物三弹性参数的两步线性反演方法。该方法在第一步反演中利用近角度区间内反射系数随入射角正弦平方之间的一次函数关系,求取反射系数的梯度和截距信息;在第二步反演中利用大入射角区间内的反射系数求取海底横波速度与纵波速度之比;最后由梯度、截距和横纵波速度之比求取海底沉积物的纵波速度、横波速度和密度。在该方法的基础上进一步讨论了子波准确性对反演结果的影响,并给出了一种基于岩石物理约束的直接利用反射振幅进行海底沉积物弹性沉积物参数反演的策略。最后通过模型例子分析了两步线性反演方法中近角度区间估计准确性对反演结果的影响。针对两步线性反演方法的不足,本文基于无约束优化算法,直接利用精确的反射系数方程对海底沉积物弹性参数进行反演。从常步长梯度算法入手,详细研究了包括最速下降法、牛顿法、共轭梯度法在内的各种无约束优化算法在海底沉积物弹性参数反演中的表现。这类方法直接利用全角度范围内的反射系数信息进行反演,不需要事先对近角度区间进行估计,这大大提高了反演结果的稳定性。最后对南海实际地震资料进行了反演与初步分析。