多震源混合采集技术作为一项高效率高密度的地震采集革新技术,对提高成像质量、节省勘探施工成本以及增强地下介质照明度起到了突出的推动作用,但受制于海上震源激发装备条件和勘探船开采成本等因素,海洋多震源混合采集的工业化进程仍处于初步阶段。为加快完成多震源混合采集从基础理论研究到实际采集的过渡,文章基于前人研究基础,针对海洋多震源混合采集技术开展了系统研究。本文主要阐释了海洋多震源混合采集的方法原理、混采数据分离方法以及缺失道集重构方法,针对目前常规勘探中存在的照明度不够、缺失道集等问题,从多震源混合采集系统设计、稀疏变换重构地震数据等不同角度相应地提出了解决方案。通过模拟算例验证了方法的可行性,为未来海洋混合震源采集技术的商业化发展奠定了理论基础。本文通过分析比较常规单震源采集和多震源混合采集,对多震源混合采集的基本理论和数学模型进行了详细解释。用图例表达出多震源混合采集SDR、STR两个关键参数和混合度的概念,通过引入混合震源算子概念,根据不同混合震源算子将多震源混合采集分为:“完全欠定型多震源混合采集”和“非完全欠定型多震源混合采集”,并对与之相应多震源混合采集数据进行了分离处理和研究。基于多震源混合采集观测系统中子震源间距不同,分别对两种海洋多震源混合采集观测系统:“海洋多震源混合采集多船观测系统”、“海洋多震源混合采集单船观测系统”的正演模拟进行了详细介绍,强调了不同观测系统的采集优点。通过延迟时间激发顺序的不同,介绍了四种不同类型的编码设计形式。由时间域多震源混合采集数据分离的角度出发,阐释了多震源混合采集中“伪分离”这一基础概念。在改进多级中值滤波方法的基础上,本文提出基于加权多级中值滤波迭代的多震源混合采集数据分离方法。将时间域混采数据伪分离记录转换至F-K域进行信噪分析,设计不同的选择窗口进行噪声阈值滤除,改善了F-K滤波无法完全压制混合采集数据中混叠噪声的缺点,提高了分离数据保真度。本文在设计F-K选择窗口的基础之上,引入一个权系数,将原滤波方法改进成加权多级中值滤波,并设计了迭代算法,在震源混合度较高的情况下进行了模型计算,与常规多震源地震混采数据分离技术相比具有更高的分离效率和更高质量的分离信噪比。由于在地震采集过程中存在“残道、坏道”的现象,为了使多震源混合采集分离记录具有较高的保真度,须在波场数据分离的同时对缺失道集数据进行重新构建。鉴于此,本文引入用于地震数据重构的Shearlet稀疏基,设计了一种在压缩感知框架下基于Shearlet变换(剪切波变换)的混合采集数据分离和地震数据重构方法。该方法首先对缺失的多震源混合采集数据进行时域变换,经预处理后通过Shearlet变换得到相应的稀疏表示,引入快速迭代收缩阈值算法实现Shearlet域中稀疏系数的恢复,最后对稀疏系数进行Shearlet反变换实现地震缺失道集数据的重构和混采数据的分离。利用Shearlet变换的最佳稀疏逼近性质在分离残留噪声的同时最大程度地保留有效信号,并设计迭代算法不断优化分离结果。通过模拟数据结果验证得出:与其他常规混采数据分离方法相比,该方法具有更佳的分离结果和计算效率。