本发明涉及一种基于局部自适应凸化方法的多尺度地震全波形反演方法，其步骤：预处理，以零值序列作为初始值，初始速度模型作为起始值；截取直达波信息；得到正演模拟直达波；建立震源函数反演的目标函数；得到直达波残差、直达波残差反传波场；计算震源函数的更新梯度、更新方向并寻找步长；输出反演得到的高精度震源函数；进行衰减时窗处理；模拟时窗内的地震数据；进行局部凸化处理和分离处理；去除观测记录中的高频成分；建立最小二乘目标函数，得到波场残差；得到模型空间的残差反传波场；得到模型更新梯度；计算模型更新方向，并寻找步长；输出多尺度地震全波形反演的反演结果；输出最终反演结果。本发明在地震勘探技术领域中广泛应用。