随着垂直地震剖面(VSP)技术的不断发展,高保真的波场分离成为VSP资料处理与应用的关键之一。引入欠定盲源分离思想,利用VSP波场的极化特征及多分量资料在时频域的稀疏性,提出一种基于稀疏表示的波场分离方法。该方法分为两步:第一步将地震信号变换到时频域,并估计极化矩阵;第二步在时频域分离各单一波场,再反变换回时间域。在第二步波场分离过程中,针对时频域波场稀疏性不足的情况,提出一种改进的最短路径分解法,在一定程度上解决了时频域局部信号混叠的问题。模型试算与实际资料处理结果表明,与传统方法相比该方法能够更准确地分离上、下行P-P波、P-SV波,分离后的波场保幅性较好,不存在混波、假频以及边界问题。