全波形反演可以利用叠前地震波场的运动学和动力学信息重建地下速度结构，具有揭示复杂地质背景下构造与岩性细节信息的潜力。然而，庞大的计算量和存储空间需求，限制了全波形反演的发展。在频率多尺度全波形反演中将LBFGS数值优化算法与同时激发震源技术相结合的方法来改善这一现状。首先，对Marmousi模型进行了速度反演：在计算过程中明显发现对计算机内存的占用减少，最终反演结果与实际Marmousi模型的拟合误差为0.095 9，较小；采用10个频带单炮震源正演384炮所需时间约为32 640 s，而采用同时激发震源（384炮）正演一次所需时间仅约为700 s。然后，基于高速楔形体模型进行了抗噪能力研究：原始含噪地震记录信噪比为11.147 3 dB；对反演得到的速度模型进行正演，其地震记录信噪比为22.251 8 dB。最后，基于逆冲断层模型进行了反演速度扰动能力研究，反演得到的最终模型很清晰，与具有速度扰动特性的实际模型非常接近，拟合误差仅为0.036 0。数值模拟试验结果表明：此方法反演精度高，内存开销较小，能够显著提高计算效率，并且具有良好的抗噪能力，能够反演出具有速度扰动特性的介质。

国家科技重大专项项目(2011ZX05025-001-04)；国家自然科学基金项目(41074075)