多源地震数据采集技术通过“同时”激发多个震源,能够显著地提升采集效率从而缩减采集时间节约成本,同时提升对地下构造的照明质量从而增强地震数据的质量。然而,在近乎相同的时间内成倍提高获取的信息量的同时,地震记录之间会存在混叠现象。对于地震记录的混叠,需要进行细致地分析并制定合适的策略对其进行处理,其中较直观的一类方法即对多源地震数据进行分离,得到单炮无混叠的地震记录。本论文在总结国内外多源数据分离现状和发展趋势的基础上,分析了稀疏约束在多源数据分离处理中的应用,分两类情况研究了多源地震数据的分离方法。第一类是对随机时间延迟采集的地震记录在共检波点道集进行分离,主要讨论了基于稀疏seislet变换的迭代收缩阈值算法在多源数据分离中的应用,指出了稀疏seislet变换较其他变换在处理地震信号时的优势;第二类是对共炮点多源地震数据进行了分离,提出了一种新的不同于倾角滤波的迭代分离算法,将共炮点多源数据的分离问题表述为一类线性反问题,并通过seislet框架构造交错倾角分量的稀疏变换,进而利用迭代收缩阈值类算法实现了分离,模型数据和实际数据均验证了该方法的可行性。