地震子波和包含低频成分的地震记录在地震资料处理中具有重要意义,全波形反演建立的速度模型的精度受两者准确性的影响。受地下介质吸收衰减的影响,实际资料中的地震子波具有时变特性;由于受到外界条件的限制,检波器接收到的实际地震记录缺少低频成分。目前,时变地震子波难以准确提取和地震记录缺失低频是限制全波形反演广泛应用的主要因素。为了提高速度模型的反演精度,论文从时变地震子波提取方法和地震记录低频补偿方法两个角度出发,完成了以下研究内容:首先,由于集合经验模态分解（Ensemble Empirical Mode Decomposition,EEMD）存在模态混叠使得子波振幅与反射系数振幅无法准确分离,进而导致时变子波估计精度下降,为此提出一种基于变分模态分解（Variational Mode Decomposition,VMD）和常相位旋转的时变地震子波提取方法。在对非平稳地震记录时频分析的基础上,采用VMD和互信息熵重构不同时刻的地震子波振幅谱,利用常相位旋转提取出不同时刻的地震子波相位谱,将子波振幅与相位逐点拟合实现时变地震子波的提取。仿真实验和实际地震资料处理结果表明,本文方法不仅能够估计任意形态的地震子波,而且更加符合真实子波的时变特征。其次,受地震数据采集条件限制和低频噪声压制的影响,实际地震数据缺少10Hz以下的低频成分。在地震记录低频缺失的情况下,最小平方反褶积难以准确重构地震频带范围以外的反射系数序列频谱;若仅利用压缩感知（Compressed Sensing,CS）恢复地震记录低频成分,在频谱衔接处将出现能量不匹配的问题。针对上述问题,提出一种基于压缩感知和宽带低通滤波的地震记录低频补偿方法。仿真实验和实际地震资料处理结果表明,本文方法能够在保持高频信号不变的同时,实现对地震记录低频成分的有效补偿。最后,为了拓展全波形反演（Full-waveform invertion,FWI）在地震资料处理中的应用范围,分别将VMD结合常相位旋转方法提取的时变地震子波、利用压缩感知结合宽带低通滤波方法恢复的地震记录低频应用到全波形反演中。针对不同区块或断层的特点,本文方法可以提取出更加符合震源特征的地震子波;也可以有效地补偿实际地震记录的低频成分,降低对初始速度模型的依赖性。为提高速度模型的精度提供了一种新的技术手段。仿真实验和模型测试验证了本文方法的可行性及有效性。