工程地震勘探中,其勘探对象除了一般层状地质构造外,更多情况下会遇到非均匀复杂构造体,以往的几何地震学方法很难解决这类问题,因此必须采用多波多分量地震勘探。多波多分量是地震勘探的发展趋势。多波多分量地震勘探得到的有效信息十分丰富。本论文以TSP203勘探系统为平台,结合多波多分量地震勘探应用工程,对多波多分量数据采集进行了较详细的阐述,主要从观测系统设计、震源选取、耦合及干扰等问题进行分析,并提出一些合理的方法。多波多分量的数据处理大部分与常规地震勘探相同或类似,其最大的不同是前者必须将多种波形成的波场进行分离,否则无法进行其他有效分析。为此本文用了较大的篇幅阐述波场分离方法,分析对比各种方法的适应性和分离效果。并在此基础上提出一套适合三分量多波勘探的波场分离方法,该方法不但利用了多波的运动学特征,最主要的是利用了多波的动力学特征(偏振特性),采用的正交变换用方差衡量其误差最小。最后结合工程实例阐述了多波多分量地震勘探具有广阔的应用前景。