沉积盆地内含有丰富的自然资源,准确反演沉积盆地速度结构可以帮助人们更好地去发掘这些自然资源。除此之外,由于沉积层的速度和密度较低,这使得沉积层可以放大地震波的振幅,给人类带来地震灾害。因此,准确反演沉积层速度结构还可以帮助人们评价和预防盆地内部地震灾害。本研究基于贝叶斯非线性反演方法利用瑞雷波相速度、瑞雷波椭圆率和远震体波波形反演沉积盆地的速度结构。我们首先利用两个合成速度模型检测联合反演的稳定性。合成数据结测试结果表明,联合反演三种观测数据可以准确限定沉积层的速度和深度信息。此外,我们还将联合反演的方法应用于松辽盆地内部的NE68和NE96两个宽频带地震仪。为进一步检验反演结果,我们利用波场延拓的方法,将地表接收到的波场反传到沉积层下方,然后利用反传波场的上行P波和上行S波提取了地表下方接收函数（Subsurface Receiver Function）。在地表下方的接收函数中,沉积层震荡消失,Moho面产生的Ps转换波清晰地显现出来。这一方面验证了反演结果的准确性,另一方面也说明准确反演浅层速度结构可以帮研究者们更好地反演深层速度结构。联合反演所用的被动源数据包括瑞雷波相速度。瑞雷波相速度可以通过背景噪声互相关技术提取。在利用背景噪声互相关技术提取格林函数时,线性叠加是最常用的提高信噪比的方法。线性叠加提高信造比的能力与叠加次数的平方根（N1/2）成正比。相比之下,非线性叠加方法可以更高效地提高信噪比,比如时频域的相位叠加方法（tf-PWS）。虽然这种方法已经被很多学者用来叠加噪声互相关函数,但这种叠加方法是否会改变叠加波形的频散特征与这种叠加方法提高新造比的能力如何等问题还有待回答。我们首先通过理论推导发现利用频率域S反变换方法构建的tf-PWS不会改变叠加信号的相位谱,因此不会改变叠加信号的频散特征。此外,我们还利用合成数据和野外观测数据来验证我们的推论结果。通过合成数据,我们发现这种非线性叠加方法提高信噪比的能力和叠加次数N成正比。最后,我们将tf-PWS和联合反演技术应用于Wombat台阵,该台阵覆盖澳大利亚东南部地区。我们利用台阵记录的背景噪声和远震体波联合反演了该地区的浅层速度结构。4口钻井数据用来验证我们的反演结果:反演的沉积层深度与钻井得到的沉积层深度的平均差为198米。由于4口钻井的位置并不是和台站位置完全重合,因此198米的沉积层差别还是可以接受的。此外,在深度为400米的速度切片上,高低速度异常的分界线和该地区的地质构造完全吻合,这进一步验证了我们的反演结果。