获得准确的地震波传播速度是地震资料处理中的重要环节之一,速度参数的精准性对高精度地震偏移成像的刻画起到了至关重要的作用。全波形反演技术是一种高精度速度建模方法,在理论上可以更准确地刻画速度模型的细节部分。在初始模型不准确、低频数据缺失、观测不完备等情况下,全波形反演表现出很强的非线性,且对中埋深较大的地层速度建模能力有限,给全波形反演应用带来了巨大的困难。正则化是缓解反演不适定性、约束解特征的重要方式。Tikhonov正则化、全变分（TV）正则化是全波形反演中常用的两种正则化方法,分别具有压制高波数和保护地层边缘的特点。双参数整形正则化、混合双参数正则化、非光滑正则化和稀疏结构约束正则化是在二者的基础上发展而来,并具备各自优势。为系统论证不同正则化方法特点,对六种正则化方法的全波形反演方法进行了对比分析。背斜-超覆模型、断陷盆地模型、Marmousi模型测试表明,不同的正则化方法均对反演结果有不同程度的改进。双参数整形正则化兼具Tikhonov正则化和TV正则化的优势,并可有效提高深部反演精度。混合双参数正则化对浅层的反演精度具有一定的优势。非光滑正则化兼容了TV正则化的优势,并提高了反演结果刻画细节清晰程度及埋深较大的地层反演精度。相较于其他方法,稀疏结构约束正则化无论在地层连续性,还是在边缘结构的刻画上均有明显优势。在此基础上,本文研究了一种实数域表征数据相似性的目标函数（SOD）,Marmousi模型测试表明基于数据相似的全波形反演方法相比传统的频率域全波形反演方法,提高了埋深较大的地层反演精度。最后在基于数据相似的全波形反演方法中应用稀疏结构约束正则化（p=q=2）方法,使反演结果增强地层的连续性,细节刻画更清晰。研究正则化方法在全波形反演中的应用,有利于日后对埋深较大的地层油气高精度勘探的要求,具有十分重要的理论与实际意义。