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地层岩性信息、储层物性信息、孔隙流体信息等等均可通过地震反演获得,从而可进行储层的预测与流体的识别。随着勘探储层的日趋复杂,高精度、高分辨率的地球物理非线性反演方法日趋重要。马尔科夫链蒙特卡洛(MCMC)方法是一种全局寻优的非线性概率反演方法,其独特的算法构造,避免了贝叶斯公式中复杂的边际积分计算问题,并基于生成的与贝叶斯后验概率密度函数一致的平稳马尔科夫链的统计分析,获取复杂多维后验密度函数的统计特征,获得反问题的最优解及其相关的不确定性。本文主要针对MCMC方法,通过对MCMC方法建议分布的自适应更新策略的研究,提出了基于贝叶斯理论的优化MCMC反演方法,加快了MCMC方法的运行速度,提高了马尔科夫链的收敛效果。在各向同性介质假设的基础上,提出了基于贝叶斯理论的EVA/AVA(Elastic impedance Versus Angle,EVA;Amplitude Versus Angle,AVA)优化MCMC反演方法。在贝叶斯框架下,基于优化MCMC的EVA反演方法能够快速、可靠地反演储层流体敏感指示因子——孔隙流体有效体积模量,用于储层含油气区域的流体识别。而基于精确Zoeppritz方程的AVA反演方法不仅适用于具有强地震弹性参数差别地层反射界面及大偏移距的储层参数反演,而且在贝叶斯框架下,融合测井、地震等先验约束信息,进一步降低了解的非唯一性,极大地提高了反演结果的稳定性,并通过对反演结果的不确定性分析,获得储层预测的风险评估参数。为了克服裂缝弱度参数反演欠稳定的问题,在各向异性介质假设的基础上,提出了基于优化MCMC的HTI介质EAVZ/AVAZ(Elastic impedance Versus Angle and Azimuth,EVAZ;Amplitude Versus Angle and Azimuth,AVAZ)各向异性非线性反演方法。在EVAZ公式的基础上,基于优化MCMC方法反演的不同方位非线性各向异性弹性组抗体的比值,消除各向同性背景弹性阻抗对于各向异性扰动弹性阻抗的影响,直接稳定提取裂缝弱度参数,进行裂缝储层特征描述。同时,在AVAZ公式的基础上,基于不同方位纵波反射系数差值,消除各向同性背景反射对于各向异性扰动反射的影响,基于优化MCMC方法直接反演裂缝弱度参数,为裂缝储层的勘探与开发提供了重要的地球物理支撑。