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随着石油地震勘探的逐步深入，勘探目标区也愈来愈广泛和复杂，这就迫切需要地震勘探人员充分利用采集到的地震资料，最大程度地挖掘其中所蕴含的地震信息，以求得到更加丰富和精确的地下成像信息，从而为后续更加细致和准确的地质储层描述打好基础。在上述地震勘探背景下，在地震勘探中一直作为噪音被尽力压制或消除的地震多次反射波又引起了人们的重新审视。按照常规地震资料处理的观念和思路，一次反射波是主要的有效波，发展的地震资料处理的方法也都是以一次波为数据基础，那么当地震资料中含有多次波时，多次波信息得不到有效收敛和利用，就会对最终的一次波成像以及后续地震地质解释等产生负面效果，所以多次波一直被视为噪音被压制。但是，有效信号和噪音的区分并不是绝对的，两者的定位标准也会随着时间的推移、随着需求的改变、随着技术的发展而有所变化。从地震波场传播的过程来看，和一次反射波类似，多次反射波也是地下反射层的反射,是在地下界面反射或海水面反射一次以上的地震反射波，也蕴含了地层结构信息。而且，多次反射波与一次反射波相比而言，在地下传播的射线路径更长，覆盖的区域更广，并且多次波反射比一次波的反射角度要小，在某些复杂的地质条件下，多次波携带比一次波更加丰富的地下结构信息。若能有效利用这些多次波信息，使其能够和一次反射波并肩作战，共同来为更加精确的地震勘探服务，那么多次反射波在地震资料处理过程中就可以作为有效波存在，这是值得期待和非常有意义的。本论文即不同于常规将多次波作为噪音压制的处理思路，从对多次波信息的有效利用为出发点，研究了表层多次波成像方法技术，主要包括通过互相关将表层多次波转化为准一次波并进行偏移来获得表层多次波成像，和基于广义单程波偏移方法来实现一次波和表层多次波联合成像。论文基于互相关和叠加将多次波降阶的思路将表层多次波转化为准一次波，并根据准一次波中有效同相轴和干涉噪音的表现特征分析，引入局部倾斜叠加变换的方法，来压制准一次波中干涉噪音，提高了准一次波和准一次波成像结果的信噪比。论文从三个不同角度研究了准一次波的应用，一是利用整套数据转化的准一次波数据进行偏移，实现表层多次波成像，获取地下构造成像信息；二是在一次波成像作为主体时，由于某些障碍地段导致的采集系统间断而造成地震成像信息缺失时，论文研究了利用准一次波成像信息来补充一次波成像不足的方法技术；除此之外，论文中还研究利用准一次波来补充由于常规观测系统的限制而在地震记录中表现为缺失的叠前地震数据，例如常规采集系统下不可避免的近炮检距地震数据缺失。模型数据和实际资料试算说明了上述将表层多次波转化为准一次波并进行利用的方法技术的可行性和有效性。除了上述对表层多次波单独进行利用，论文还研究了基于广义单程波炮偏移成像算法实现一次波和表层多次波的联合成像。对常规一次波偏移方法从用于向下延拓的震源波场、输入接收波场以及成像条件方面进行了修改，将脉冲震源与同时含有表层多次波和一次波的炮记录之和作为震源波场，替代常规一次波成像时所用的脉冲震源子波进行正向向下延拓；将同时含有表层多次波和一次波的炮记录作为输入接收波场，替代常规一次波成像时所用的一次反射波进行逆向延拓；并引入2D反褶积成像条件代替常规1D互相关或反褶积成像条件，实现了一次波和表层多次波联合成像。通过模型数据和实际资料数据试算，表明此一次波和表层多次波联合成像方法可以压制由于由不成对的低阶和高阶多次波干涉带来的成像噪音，实现同时利用一次波和表层多次波来进行地下构造成像，并且可以得到比只利用一次波成像更加丰富的照明和成像信息。