对于海上地震勘探来说,由于海面和海底一般均为强波阻抗界面,相应地震记录中绝大多数的多次波为强自由界面多次波。若不予以消除,其将严重影响地震成像的真实性与可靠性,进而误导后续的地震地质解释。近年来,基于反馈环理论的自由界面多次波衰减(SRME)方法取得了长足的发展,其不依赖于速度信息,且能够较好地压制近偏移距道中的多次波信号,现已成为多次波压制的首选方法之一。但在实际应用中,SRME方法仍存在着诸多问题,其主要包括：①通常采用迭代形式的多次波衰减过程,既增加了损伤一次波信号的可能性,又显著降低了运算效率；②地震道的缺失会严重影响该方法的多次波压制效果；③现有的多次波匹配衰减方法难以在有效压制多次波的同时保持好一次波信号的特征,尤其是对远偏移距道的多次波压制往往难以奏效。传统的反馈环理论仅讨论了利用一次波地震记录进行自由界面多次波正演的预测过程,由于通常无法获得仅包含一次波的记录,实际计算时只能将原始记录作为迭代的初始波场,而传统的理论并未对此给出相应的正演结果。本文在假设源地震波场中仅含有一次波与各阶自由界面多次波的前提下,推导证明了通过一次迭代运算即可获得仅包含各阶“自由界面多次波”信息的预测波场,其与原始地震记录相比,正演结果中的第n+1(n≥1)阶“自由界面多次波”的能量增大了n倍。这一结论对于通过合理的匹配模式且仅用一次迭代运算的多次波衰减方案提供了重要的理论依据。应用SRME方法进行自由界面多次波压制时,地震道的外推(及内插)和多次波的匹配衰减均为关键的处理环节,而发展一套能够追踪多次波同相轴的技术方法,对地震道的外推(及内插)与多次波匹配衰减的精确处理均具有重要的现实意义。本文从地震记录的同相轴与速度域记录谱能量的基本关系出发,研发了一套在共中心点(CMP)道集域进行主要多次波同相轴自动追踪的方法技术,其为后续的精确地震道外推与内插以及自由界面多次波的匹配衰减处理提供了重要的基础工具。地震道的缺失,尤其是近炮检距地震道的缺失,会严重影响自由界面多次波预测与衰减的效果,而现有的地震道外推与内插方法尚存在波场重建的精度和计算效率问题。本文提出了一种通过速度加权叠加进行地震道外推与内插的方法,其不仅考虑了同相轴符合双曲线规律的假设条件,而且引入了振幅与炮检距的关系,使所建道中的同相轴按其本身的几何及振幅规律外推或内插。与常用的最小平方抛物线拉冬变换法相比,该方法具有如下优点：①基于记录中同相轴符合双曲线规律的假设条件,因此更接近实际同相轴的几何分布；②考虑了地震波场的AVO效应,可在一定程度上使插值道中的地震信号具有实际记录的相对振幅关系；③不需进行动校正处理,避免了动校拉伸效应的影响；④极大地提高了运算效率,其所耗机时要远小于最小平方抛物线拉冬变换法。一般来说,正演地震记录与原始地震记录中的多次波信号存在一定程度的差异,这导致了传统的多次波匹配衰减方法难以在保持一次波信号的同时有效地压制所预测的多次波信号。此外,传统的SRME方法往往对远偏移距多次波信号的压制失效。为了解决这些问题,本文提出了基于同相轴追踪的组合匹配衰减方法。其基本思路为：应用同相轴追踪技术基于正演的多次波记录追踪出CMP域的多次波同相轴,然后在近、远偏移距道上分别采用扩展的维纳滤波法和视速度滤波法进行多次波的压制。实践表明,与传统的单一匹配滤波方法相比,采用基于同相轴追踪的组合匹配衰减方法,仅通过一次迭代衰减,即可在近、远偏移距道上均能达到明显改善多次波压制效果的目的。Pluto 1.5模型记录及野外实际资料的处理结果检验了文中方法的有效性。