伴随多波地震勘探技术在油气勘探开发中快速发展,多分量地震的矢量处理、解释技术也获得快速发展。除纵横波速度、振幅、频率等信息外,地震矢量数据还提供了同一波场的空间偏振状态,以及不同波场走时、振幅、相位的差异等信息。在岩土工程探测中,传统面波勘探方法仅利用Z分量瑞利波,可能存在提取的多模式频散曲线不完整、不精确等问题,导致反演结果不准确。多分量地震数据面波矢量场可提供更丰富的地下介质物性信息,如何利用各个分量的面波成为有待解决的问题。为保证多分量地震矢量波场信息的可靠性,在数据前期处理过程中,必须保持矢量特征不变。而传统压噪方法一般单独处理各分量地震数据,极易破坏矢量特征,故不适合处理多分量地震数据。亟需研发基于多分量地震数据的压噪方法,在压噪的同时,保持有效信号的矢量特征。针对上述问题,本论文以多分量地震数据的矢量处理方法为中心,围绕多分量面波矢量处理方法和多分量地震数据矢量压噪方法两个方面,重点进行了如下研究:1.多分量面波频散的理论计算。将面波视频散曲线的计算公式拓展到多分量面波,分析了不同震源激发、各分量检波器接收的多分量面波频散的差异,解释了面波模式跳跃现象;讨论了多模式瑞利波椭圆率频散与介质物性参数的关系。2.多分量面波的矢量处理方法。提出了基于复矢量数据的瑞利波相速度频散曲线提取方法,可综合利用R、Z分量瑞利波频散信息,能够削弱噪声的干扰,减少模式误判的风险,获得更完整、准确的频散曲线;利用复矢量数据瑞利波频散能谱的不对称性,通过偏振滤波分离基阶和高阶瑞利波。3.基于稀疏表示及四元数的多分量压噪方法。基于反射波和面波的同相轴形态特征的差异,建立基于形态成分分析的优化问题,提取X分量地震数据的面波。将图像处理领域的四元数字典学习算法引入到地震矢量数据处理中,研究基于K-QSVD字典学习算法的三分量地震数据随机噪声的压制方法;针对地震数据的特征提出了改进的K-QSVD字典学习算法,可保持反射波的矢量特征,提高信噪比,且降低了字典训练的运算代价。