地震资料处理是油气地震勘探的关键环节，处理结果的好坏直接影响到油气藏预测的准确性。随着油气地震勘探难度的加大，许多常规处理技术已无法满足高分辨率、高精度、高信噪比的油气勘探需求。针对这一问题，本文围绕地震资料处理的叠前面波压制、数据重建和多次波去除问题展开研究，深入研究基于稀疏反演的面波压制、数据重建和多次波去除方法。　　基于稀疏反演的面波压制方法由贝叶斯理论出发，利用地震信号在某变换域的稀疏特性，建立一范数与二范数结合的最小化问题，通过求解约束优化问题分离出面波噪声。该方法在已知的预测波场基础上通过稀疏约束算法分离信噪，避免了直接阈值方法产生假象的问题。　　本文研究了基于稀疏反演的地震数据重建方法，提出了一种新的联合迭代地震数据重建方法。该方法结合了经典Curvelet域稀疏反演重建算法高精度重构、稳定收敛以及线性Bregman方法快速收敛的优点，构建了一个同时具有稳定项和加速项的反演迭代公式。理论分析和反演测试表明新算法相比经典Curvelet域稀疏反演重建方法和线性Bregman方法在计算精度和效率都具有明显优势。　　基于稀疏反演的多次波去除方法以反馈迭代模型作为理论基础，建立使一次波和多次波总估计残差最小、稀疏约束一次波脉冲响应的目标函数，通过最速下降法迭代求解获得一次波和多次波估计结果。该方法避免了匹配相减类方法中固有的匹配相减步骤，在一次波多次波混叠区可以更好地保留一次波。另外，该方法对原始地震数据的规则性要求不严格，尤其对近道缺失数据的处理效果优于经典的表层相关多次波去除方法。