全波形反演（FWI:Full Waveform Inversion）作为波动方程参数反演方法的一种,能够从地震记录中定量获取物性参数信息,其结合了波场的运动学和动力学信息进行地震成像,因此能够获得具有很高分辨率的地下地层结构成像。相比较于时间域,在频率域实现的全波形反演还具有数据选择灵活、计算效率高等优势。但是,FWI目前在实际中并没有很好的得到应用,主要是存在以下两个方面的问题:（1）一个较为准确的震源子波。由于陆上地形复杂多变,子波在传播过程中波形和频谱会随着传播的距离而改变,使得对子波的估计变得异常的困难。（2）巨大的计算量也是制约其实用化的一个难题。本文基于频率域全波形反演方法,结合以上两点,分别提出两种解决方案:（1）在子波的获取方面,本文利用频率域单频数据特点,在复数域设计了一种类似于实数域表征数据相似性的目标函数（SOD）,可在一定程度上降低反演的非线性。基于SOD可以弱化模拟数据与观测数据间的振幅匹配,更适合于实际应用。在构造目标函数时,自然消除了震源子波的影响,而且不需要使用参考道,从而避免了由于标准道归一化的全波形反演（STN）参考道选择不当易导致收敛缓慢或无法收敛的缺陷。模型测试结果表明:（1）SOD的反演结果不依赖子波,而且与另两种不依赖子波的反演方法（频率域归一化振幅反演方法ATN、标准道归一化的全波形反演发方法STN）相比,反演精度更高;（2）SOD的原理是基于数据间的相似性,对数据间能量差异具有更大的包容性,所以对初始速度模型的依赖性不高;（3）即使存在随机噪声,通过相乘、求和运算作用在分子和分母中的噪声比重相当,因此SOD目标函数值较稳定;（4）SOD可以与炮编码策略结合,能够有效提高计算效率。（2）在减少计算量方面,本文研究了对比源反演（CSI）方法,该方法只需在每个频率开始时进行一次多炮正演模拟,其后的迭代过程中背景模型始终保持不变,从而显著减少了稀疏矩阵分解的计算量。而后该方法与编码炮策略相结合发现,其计算效率有了非常显著的提升。与常规全波形反演一样,CSI方法同样需要一个非常准确的震源子波。为了避免子波的提取,本文在CSI方法的基础上引入了子波迭代估计的反演策略及完整反演流程,实现了基于子波迭代的有限差分对比源全波形反演算法。在实现算法的基础上,对二维Overthrust模型进行试算,结果表明:子波迭代估计的反演策略能够获得与使用准确子波基本一致的反演效果。不同信噪比的合成数据测试中也反映本文方法具有较好的抗噪性,而从梯度初始模型试算进一步表明本文方法初始模型依赖性较弱。