可控震源具有安全、环保、高效、低耗的特点，使得可控震源采集技术得到了广泛的推广应用。在国内，可控震源采集技术的利用率在逐年提高，特别是在西部大沙漠地区。然而可控震源采集数据在处理上存在一些亟需解决的关键问题，制约着可控震源技术大规模应用。首先，可控震源采集数据存在典型的特征噪音，包括谐波干扰噪声、表层响应噪声及混叠干扰噪声等。传统的噪声压制方法难以有效地对这些可控震源特征噪音进行压制，因此需要对其生成机理及特点进行研究，并研发针对可控震源特征噪音的特殊压制技术；第二，可控震源高效采集技术提高了采集效率，但生成的混叠数据给室内处理带来了较大困难；第三，可控震源在地表之上激发，吸收衰减严重，特别是在大沙漠地区；第四，可控震源在大沙漠地区采集数据的初至不明显，这是受地表衰减和各种特征噪声的影响，导致了静校正量难以准确获得，室内准确处理难度大。本论文研究内容主要针对这四部分的关键问题研发了相应的处理技术。
　　本论文的主要研究思路是通过准确的可控震源正演模拟技术，对可控震源的特征噪音生成机理和特点进行研究，根据其机理与特点研发特征噪音压制技术，并研发针对起伏地表和衰减补偿的混叠数据直接成像技术。论文研发的技术采用可控震源正演模拟与实际资料试算证明其正确性和有效性。
　　为了进行可控震源特征噪音的机理与特征研究，同时为新方法验证提供模拟数据，研发了能够准确模拟可控震源特征噪音的、多种高效采集方式的、起伏地表黏弹介质可控震源正演模拟技术。针对起伏地表，采用辅助坐标系下的混合网格有限差分方式进行模拟，提出了分层坐标变换方法，并将时空双变技术和全交错耦合网格等技术应用到辅助坐标系下，提高了起伏地表可控震源正演模拟的计算效率和精度。
　　通过准确的可控震源特征噪音正演模拟与实际资料的对比分析，系统地揭示了可控震源谐波干扰噪声与表层响应噪声在频率、出现时间位置、采集方式、出现空间位置以及相位上的差异，并针对两种类型的可控震源特征噪音的特点研发了针对可控震源相关后数据的特征噪音组合压制技术。首先采用基于反馈系统的预测滤波技术压制可控震源谐波干扰噪声，然后采用分频法压制可控震源表层响应噪声。对相关后数据进行特征噪音压制，可以大幅度减少针对相关前可控震源数据的传统特征噪音压制方法的存储量和计算量。另外，针对可控震源谐波干扰的特点，对不同阶的谐波进行分离并成像，有效地提高了成像剖面的分辨率；通过对非线性扫描信号进行设计，提出了能够减弱谐波干扰噪声的非线性扫描信号。
　　针对不同采集方式的可控震源混叠数据，采用不同的处理技术。对可控震源高保真采集数据采用反演的思想对混叠数据进行分离，在分离过程中引入广义逆算子、奇异值分解等手段来改善分离效果；对远距离同步滑动扫描数据采用去噪的思想对混叠噪声进行压制，将混叠数据变换到人工分选道集，采用矢量中值滤波等随机噪声压制技术压制混叠噪声；对独立同步扫描数据，两种处理方式均可取得不错的效果。当静态编码技术应用到混叠数据分离与混叠噪声压制中时，可以取得更好地效果。除此之外，对可控震源混叠数据采用直接成像的技术：采用最小二乘逆时偏移技术压制逆时偏移成像过程中的部分串扰噪声，同时引入可控震源静态编码技术进一步压制直接成像过程中的串扰成像噪声，最后通过整形规则化滤波技术更好地消除串扰成像噪声。
　　为了消除大沙漠区的起伏沙丘地表的影响，推导了起伏地表辅助坐标系下的梯度公式、偏移算子和反偏移算子，提出了可控震源起伏地表全波形反演和最小二乘逆时偏移方法，在起伏地表复杂构造的速度反演和成像中起到了很好的效果。针对起伏地表可控震源多分量混叠数据，提出了基于解耦弹性波动方程的起伏地表弹性波全波形反演和弹性波最小二乘逆时偏移方法，能够减少纵横波耦合引起的串扰噪声。为了消除沙漠区松散沙丘地表引起的强衰减作用，研发了衰减补偿的全波形反演技术与最小二乘逆时偏移成像技术。当地下介质中存在各向异性影响时，研发了同时补偿地表衰减、校正地下各向异性影响的黏声各向异性介质全波形反演和最小二乘逆时偏移成像技术。当沙丘地表存在起伏变化时，需要同时补偿衰减影响、校正地表高程影响。针对这一问题，将将衰减补偿的全波形反演及最小二乘逆时偏移梯度公式、偏移算子和反偏移算子推广到辅助坐标系耦合网格机制下，实现了针对大沙漠衰减起伏地表可控震源混叠数据的黏声起伏地表全波形反演和最小二乘逆时偏移成像技术。