随着国家经济建设对石油和矿产资源需求的日益增加,矿山开采和石油勘探的重心逐渐向深部转移,并努力查明第二深度空间的矿产资源情况,这就对微震等被动源定位的精度提出了更高的要求。由于微震等被动源定位大多用的是逆向波场外推和走时反演等手段,这就首先需要了解该地区准确的速度模型、地下构造及岩性分布情况。针对这个问题,本文首先利用主动源全波形反演（FWI,Full waveform inversion）方法来构建该地区的地震波速度场。FWI方法在恢复地下速度场的过程中充分利用了地震波的运动学和动力学信息。因此,FWI方法具有复杂构造成像精度高等优点,能够很好地适应高精度震源定位等方法的需求。但是,FWI方法在具有速度模型反演精度高的优势的同时,仍然存在着很多亟待解决的问题。针对地震勘探全波形反演目标函数的强非线性问题,首先本文提出了归一化能量谱目标函数的反演方法。然后以金属矿为例这类强散射速度模型反演效果差等问题提出了基于能量谱和包络目标函数的联合反演方法。再将FWI方法获得的速度模型输入到逆向走时震源成像算法中,最终可以有效地减少因速度模型不准确而带来的震源定位假象,同时减小震源定位误差。本文提出的三类新方法和对应的研究成果简要概括如下:（1）从缓解全波形反演目标函数的非线性程度出发,利用地震数据频率域能量谱的信息来构建地震反演的误差函数,进而达到缓解波形匹配过程中出现的周期跳跃问题。当模拟数据的相位信息与观测数据的相位信息相差大于半个周期时,便会出现明显的周期跳跃现象,而基于频率域的能量谱信息的目标函数能够有效地减弱这种相位差异较大的波形匹配错位的问题,因此有助于为常规FWI方法提供一个较好的初始速度模型。同时,基于能量谱信息的FWI目标函数还具有不依赖震源子波,衰减观测数据中的噪声成分等作用。（2）本文在联合振幅相位的直接包络反演方法的基础上提出了能量谱和包络目标函数的联合波形反演方法,有效地减弱了地震反演方法对强散射速度模型的依赖程度。在打破基于Born近似约束的同时,将PADEI和NESFWI目标函数相结合,充分发挥了PADEI的宏观尺度构建优势和NESFWI弱非线性的优势,最终获得高精度强散射速度模型的高精度的反演结果。此外,在混合目标函数加入一个权重因子来控制PADEI方法和NESFWI方法在最终梯度中所占有的比例,以适应不同强度散射体的波形反演。（3）逆向走时定位震源定位方法主要是利用逆向走时成像方法将走时场作为数据源,在定位的过程中不需要对波场进行逆时外推,这计算效率方面远远高于常规的波场的逆时成像方法。在原始的基于极值差的成像条件的基础上,本文对逆向走时成像方法的成像过程进行了详细的分析,从多种不同的角度对该数据体在震源点和非震源点的区别进行了量化,提出了多种新的成像条件,并利用金属矿的真实速度模型和反演速度模型测试了这些成像条件在震源群条件下的定位效果。此外,本章为了解决逆向走时成像方法对初始速度模型的依赖问题,本文提出了基于全波形反演的速度模型构建方法来为逆向走时震源定位提供高精度的速度模型输入,进而实现基于高精度速度建模的震源逆时成像。