本发明公开了一种基于深度学习的隧道全波形反演优化方法及系统,包括:构建初始波速模型;通过正演模拟计算得到真实检波器观测方式下的梯度值;基于所述梯度值以及训练好的基于深度学习的隧道梯度优化网络,得到虚拟检波器观测方式下的梯度值;基于虚拟检波器观测方式下的梯度值对初始波速模型进行更新;重复上述过程,直到满足迭代收敛条件,得到界面优化反演结果;基于所述界面优化反演结果,以及训练好的基于深度学习的隧道波速模型重建网络,得到预测波速优化反演结果。本发明针对隧道全波形反演结果波速不准确的问题,提出了隧道波速模型重建网络方法,对全波形反演波速进行重构,获得较准确波速信息。