影响全波形反演（FWI）实用化的一个重要难题就是需要一个较为准确的震源子波。本文基于频率域全波形反演,利用数据相似性特点构建了一种新的不依赖于子波的目标函数,该目标函数避免了选择参考道,也不需要对多个参考道进行求和。我们推导了相应的梯度公式,完成了模型试算,并与单一参考道,平均参考道以及常规L₂型目标函数但子波已知这三种情况进行了对比分析。结果表明:由于基于数据相似性方法不需要使用参考道并且对数据间能量的差异具有更大的包容性,因此比单一参考道方法更加稳定高效;同时,使用频率域波场数据的数据相似性方法比使用振幅数据的平均参考道方法能够利用的信息更加丰富,所以也具备更高的反演精度。在含噪数据的测试中可以看出,数据相似性方法的抗噪性仅次于子波已知情况,表现出了对随机噪音很高的稳定性。其后的初始模型测试中,数据相似性方法对初始模型的依赖性要远低于单一参考道和平均参考道方法。巨大的计算量同样是制约全波形反演生产实用化的难题之一。近年来,基于逆散射理论的有限差分对比源反演（FDCSI）方法逐渐应用于频率域全波形反演,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。与常规全波形反演一样,FDCSI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FDCSI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。另外,本文提出了一种高效的波场迭代解法,将其应用于频率域常密度声波方程FWI,并给出了详细的反演流程。通过建立用于波场迭代的目标函数,推导相应梯度、步长公式,新方法将反演中波场正传和残差波场反传过程转化为无约束优化问题,从理论上分析了新方法的计算效率显著高于常规FWI。在数值试验中,本文方法通过几次迭代便能获得高精度的正传、残差反传波场,收敛速度明显高于未经预处理的GMRES方法。进一步引入截断奇异值编码策略,新方法的计算时间约为常规编码FWI的1/8,与理论分析结果吻合（波场迭代次数为8,模型未知量个数约为7万）,且波场迭代次数为6时,反演效果已与常规编码FWI相近。