石油和天然气是重要的资源,对于国家的经济安全有着举足轻重的作用。近年来,随着我国国民经济高速增长,对能源的需求逐年增加。我国石油资源并不丰富,油气资源形势十分严峻,陆上油气田都已经进行过比较深入的勘探,而海洋石油资源探明程度则比较低。随着我国陆地石油资源的枯竭,未来石油资源将主要依靠海洋。近些年,我国在海洋油气资源开发上启动了深水油气的勘探开发战略,而开展海洋地震资料处理技术研究是推进海洋地震勘探的先决因素。海洋地震资料一般具有较高的分辨率,但多次波一直是困扰海洋地震资料处理的主要难题。表面多次波是海洋地震资料中的主要干扰。在压制海洋多次波方面,二维数据驱动的表面多次波压制技术(SRME)已经成为工业界压制海洋表面多次波的主流方法。但是二维SRME在处理实际的三维海洋资料时遇到了一些困难,首先,由于二维SRME算法没有考虑横测线方向上多次波的贡献,从而导致在处理三维资料时存在比较大的误差;其次,目前实际采集的三维海洋资料的观测系统存在拖缆漂移,而且横测线方向采样过于稀疏,不能满足三维SRME算法的前提要求。而各种针对三维表面多次波的算法也都处于理论研究阶段,针对实际资料的处理效果和计算效率都还不能达到实际生产的需要。为了解决这种实际三维海洋资料与SRME算法之间的矛盾,本论文依托于“国家科技重大专项大型油气田及煤层气开发”项目(2011ZX05019-003)和“中国石油集团物探核心软件集成与升级重大科技专项”项目(2012E-31-03),研究完成了适合于深海三维地震数据的表面多次波预测技术。本文全面系统地调研国内外多次波压制技术的现状,系统总结了各种多次波分类的标准、多次波类型的划分、多次波在资料中的特征和识别多次波的方法。通过对实际海洋资料处理中典型的多次波压制技术的调研和应用研究,分析了它们各自的优点和缺点,总结分析了现有海洋多次波压制技术各自的适用范围。根据以上的分析,本文选择通过研究数据驱动的表面多次波压制技术来解决三维海洋地震数据处理中的多次波问题。通过研究,本论文取得了如下四项创新性成果：1)首次采用数据规则化配合稀疏反演完成对于三维表面多次波的压制本文针对实际三维海洋资料与SRME算法之间的矛盾,通过研究空间位置最小二乘拟合映射和迭代抛物线Radon变换插值技术,实现了数据规则化与反规则化技术,将实际野外采集数据转换为符合全三维SRME前提要求的数据;通过研究顶点移动的双曲Radon变换算法,实现了基于稀疏反演的三维表面多次波预测算法,解决了海洋拖缆勘探中横测线方向采样稀疏对多次波预测所造成的不利影响。建立了基于数据规则化、稀疏反演多次波预测和数据反规则化的配套表面多次波压制技术流程,实现了对于三维实际海洋资料中表面多次波的压制。2)首次提出基于孔径优化的高效全三维表面多次波预测方法针对基于稀疏反演的全三维表面多次波预测算法计算效率低下的问题,通过研究多次波贡献点道集求和孔径优化技术,提出并实现了高效三维表面多次波预测算法,从而在多次波压制结果近似的情况下,大幅度减少了对于计算机存储资源和计算资源的需求。3)研究形成了两套三维表面多次波预测技术方案通过研究,分别形成了一套精确的三维表面多次波预测技术方案和一套快速的三维表面多次波预测技术方案,实际地震数据处理时可以根据处理要求的不同进行灵活选择。4)研究形成了一套深海拖缆资料全三维表面多次波压制技术流程通过对多个区块海洋三维拖缆资料的处理应用,形成了一套深海拖缆资料全三维表面多次波压制技术流程,先通过SRME技术压制近、中炮检距的表面多次波,然后应用聚束滤波多次波压制技术压制中、远炮检距的多次波,最后使用绕射多次波压制技术压制残留的多次波能量,取得了明显的多次波压制效果。