深层已逐渐成为我国油气资源勘探的重点,而深层地震资料普遍存在的弱能量、低信噪比、窄频带等问题,为地震勘探工作带来了新的挑战。随机噪声与面波是反射地震勘探中常见的干扰信号,与中、浅层地震资料相比,深层地震资料中两类干扰分别表现出了能量更强和与反射波频带重叠程度更大的特征。同时,地震波在地下吸收介质中的长距离传播使深层地震信号受到严重的衰减。因此,有效压制随机噪声和面波干扰、稳定地补偿地震衰减,对提高深层地震资料质量,改善后续处理、解释效果具有重要意义。本文结合深层地震资料特征,对随机噪声、面波压制方法和衰减补偿方法进行了研究。针对深层地震资料中随机噪声强的问题,本文基于低秩近似同步稀疏编码理论,结合非局部均值方法,建立了稳定的随机噪声压制算法。该方法通过评估聚类数据块相似度,对聚类结果进行选择性的非局部均值提取,并在构建的迭代算法框架下进行随机噪声压制,能够在低信噪比情况下实现更稳定的去噪过程。由于深层地震资料中反射波与面波干扰的频带趋于重叠,常规基于频带差异的方法难以实现两类信号的彻底分离。本文利用地震记录中面波与反射波在能量分布与同相轴倾角上的差异,构建了一种能够在数值上有效区分面波与反射波的新属性,并将其应用于纵波与多分量地震资料的面波压制,设计了一套属性约束下的地震资料面波压制处理流程,改善了面波与反射波在频带重合情况下的分离效果。受低信噪比的影响,深层地震资料衰减补偿更容易出现高频噪声放大、低频成分受损的现象。对此,本文提出了一种基于谱整形约束的叠前道集衰减补偿方法。该方法基于频率域正Q滤波波场延拓方程,利用整形正则化约束反演的方法实现了稳定的衰减补偿过程。同时,为了更好地保持地震资料的低频能量,根据地震资料的频谱设计了自适应谱整形算子,改善了衰减补偿的效果。研究表明,选择性非局部均值提取使信号的恢复过程更加稳定,将其应用于同步稀疏编码去噪算法框架能够改善强随机噪声压制效果。基于相对能量和倾角差异的面波检测属性充分利用了除频率差异之外的其它信息,能够提高面波与反射波的分离程度。在反演框架和整形算子的约束下,基于谱整形的衰减补偿方法的稳定性和低频保持能力得到明显提升。因此,本文方法能够适应深层地震资料特点,实现有效的噪声压制与衰减补偿,对深层地震资料预处理技术的发展具有一定的理论和实际意义。