随着油气资源勘探难度的加大，石油勘探已经逐渐从陆地勘探转向了海洋勘探并且正在向深海区域迈进。在这种情况下，当前的勘探技术并不能满足当前的精度要求。因此，发展高精度地震勘探技术迫在眉睫。反演一直都是地震资料处理中不可缺少重要组成部分，它是一种重要的成像手段。在当前的勘探和工业生产中，建立地下地质速度模型的手段大体可分为旅行时层析成像、偏移速度分析、全波形反演三大类。然而前两种成像方法并没完全利用地震资料中的所有信息，而是分别利用了地震记录中的走时信息和振幅信息。要想获得高精度的地下介质模型图，就必须采用一种能够充分使用地震记录中所有信息的方法。全波形反演（Full Waveform Inversion）正好是这一种能够利用全部信息的反演成像方法。继Lines和Kelly于1983年首次尝试FWI之后，Pratt、Tarantola等人提出了频率域FWI。由于频率域FWI的高性价比，频率域FWI成为了当前FWI研究的主流方向。本文在详细分析了当前频率域FWI所存在的问题的基础上提出了基于L-BFGS优化算法的频率域多炮震源FWI反演方法。本文的主要内容如下所示：（1）详述FWI的基本原理与基本实现流程并分析当前FWI所面临的问题。（2）利用2D-9P有限差分来表示声波波动方程，并用迭代法求取Helmholtz算子。为了达到高效的FWI计算效率和提高成像精度，本文提出了基于L-BFGS优化算法的三种不同震源模式的FWI方法。即，多炮同时激发震源、多炮混合（延时）震源与被动震源。（3）与基于LSQR优化算法的FWI进行对比，分析基于L-BFGS优化算法的优缺点，阐述选择L-BFGS算法作为求解目标函数方法的原因。（4）根据FWI所存在的问题，本文基于三种不同的激发震源进行FWI研究与分析，在该基础上对三种震源模型FWI反演质量进行评估。并根据三种震源的成像结果来发现潜在的问题。（5）根据以上的研究内容进行总结与归纳，并为还未解决的问题提出拟解决方案。