本发明公开了一种基于共聚焦域稀疏反演的海上多震源波场分离方法及系统，该方法首先，将基于伪分离后的混合炮集，在炮集记录中选取若干条同相轴，提取对应的叠加速度和初至时间；然后，基于得到的时间‑速度对，计算进行聚焦变换所需的聚焦变换算子，并对时空域地震数据体进行聚焦正变换，将时空域地震记录变换到共聚焦域；然后，在共聚焦域建立稀疏约束反演目标函数，并采用谱投影梯度算法求解目标函数，得到共聚焦域的稀疏解；最后，在共聚焦域数据体的两端进行聚焦反变换，得到去除串扰噪声的时空域地震记录，从而达到混合源分离的目的。分离后的波场不仅有效地去除了串扰噪声，而且较好的保留了原始的振幅、相位等信息，有利于后续的处理。