高信噪比、高保真度和高分辨率地震数据是获得清晰地下结构的重要前提。在地震采集过程中,由于地形、坏道等因素影响造成地震数据不满足采样定理,因此需要地震数据重建获得完备的地震数据。地震数据缺失的情况可以分为四类,一是规则但不满足采样定律的地震数据,二是规则网格上存在随机缺失的地震数据,三是完全随机的地震数据,这类数据不在规则网格上,同时又存在随机缺失,四是大间距缺失的地震数据。针对第二类规则网格上存在随机缺失的地震数据,本文使用多道奇异谱分析方法对地震数据进行同时重建与去噪。多道奇异谱分析方法是一种重要的地震数据重建和去噪方法,其中的关键是确定有效奇异值的个数,该参数的选择需要根据不同的数据特征来确定,目前人工选择的方法需要花费很多的人力和计算资源。本文基于频率域多道奇异谱分析的框架,分析奇异值的离散点曲线和谱的规律,提出了层次聚类方法自动识别有效信号所对应奇异值的方法来提高地震数据重建和去噪质量,针对有效频率范围内的数据,对经过块Hankel矩阵分解得到的奇异值序列内采用层次聚类法进行聚类,得到每个频率的有效奇异值个数,并对有效频率求取的奇异值个数求最大,获得整个数据的有效奇异值个数,结合阻尼多道奇异谱分析同时重建和去噪的框架,进而提出一种改进的多道奇异谱分析（MSSA）方法实现地震数据的同时重建与去噪,该研究能够避免人工选择有效的奇异值个数,减小地震数据处理工作量。针对第三类不在规则网格上的完全随机的地震数据,本文基于双调和样条插值的方法提出了一种非规则地震数据重建方法,通过求取一个能够通过n个点的双调和样条函数,将残缺的且非规则的地震数据插值到规则的网格中,从而得到完整的地震数据。本文进一步提出了分块重建的思想,在重建之前将每一时间或频率切片进行分块,对每一块分别进行重建。此方法改善了重建对内存需求过大的弊端,并极大的提高了计算效率。通过合成地震数据进行测试,证明了提出的双调和样条插值方法的重建效果。