地震资料分析、解释领域中,谱分解技术一直发挥着十分重要的作用。谱分解可以将信号从单一的时间域转换到时间-频率域,为深入挖掘地震信号隐藏在频率域中的与地层、构造及岩性等有关的信息提供了可能。随着地震勘探难度的增大,传统的时频分析方法的时频分辨率及分析精度已经难以满足日益提高的地震勘探的需求。因而,探索具有更好谱分解性能,能适应新时代地震勘探高分辨率、高精度要求的谱分解方法,不仅是充分发挥谱分解方法在分析解释地震资料中优势的需要,也是获得地震勘探新突破的必然要求。本文回顾了几种传统时频分析方法,包括短时傅里叶变换(Short-Time Fourier Transform:STFT)、连续小波变换(Continuous Wavelet Transform:CWT)、S及广义S变换、Wigner-Ville分布和匹配追踪算法(Matching Pursuit:MP)。重点分析了以上方法的谱分解原理,参数的物理意义及时频分解的优劣势等内容。在此基础上,重点介绍了一种新型的反演谱分解方法:基于整形正则化的迭代反演谱分解方法。从地球物理反演及整形正则化原理出发,推导了该方法的算法流程,并根据谱分解的特点构造了一种自适应的整形算子及能控制迭代收敛速度的步长因子。接下来,对算法中相关参数对时频分析结果的影响进行了研究,包括迭代次数,步长因子取值,时窗类型及长度等因素。测试发现迭代次数主要控制频率分辨率,步长因子可调节频谱收敛速度,时窗长度则对时间分辨率影响较大。好的时频分解结果是各种参数的综合反映。同时,本文构建了具有不同变化特征的模拟信号及合成地震记录,用以测试本文方法相比于传统谱分解方法的时频分解性能:包括振幅谱的时频分辨能力、能量团聚集性及抗噪能力,以及相位谱在信号解释中的应用。测试结果表明,相较于连续小波变换和广义S变换,基于整形正则化的迭代反演谱分解方法具有更好的时频分辨能力及抗噪性能,可在保持时间分辨率的同时提高频率分辨率。同时,相位谱中的异常点也与信号中子波分界点的位置有着密切的联系。最后,将基于整形正则化的迭代反演谱分解方法应用到含气储层的谱分析中。井旁道谱分解结果及分频剖面显示结果表明,本文方法较准确地揭示了含气储层与位置及边界有关的信息,具有良好的实际应用效果。