混沌介于确定性与随机性之间，是一种普遍存在的非线性现象，具有丰富的内涵和广阔的外延空间。在一定条件下，混沌系统敏感依赖于初始条件，并具有良好的抗噪声性能，这一特性使得混沌在微弱信号检测中发挥特有的作用。本文基于Duffing振子系统，对单频乃至多频微弱信号进行检测，并将其应用到地震勘探中，重点研究Duffing振子模型下微弱地震同相轴的识别问题。主要研究内容如下：首先介绍了混沌系统的基本理论，详细分析了应用Duffing振子检测微弱特征信号的原理，研究频率已知的单频乃至多频信号的幅值检测方法，然后根据输出信号的方差峰值与策动力频率之间的分布关系，对频率未知的多频信号进行检测，并进一步改进算法，经过大量实验仿真，验证了上述方法的有效性和实用性。最后将基于Duffing混沌系统的微弱信号检测方法应用到弱有效地震信号检测中，由于混沌系统对噪声具有免疫力，且对周期信号或近似周期信号具有灵敏的大尺度周期相态响应的性质，基于这种思想，利用混沌振子对地震资料中的弱有效地震信号进行检测，并通过实验仿真验证了该方法的有效性。基于混沌振子的微弱信号检测是一种新型的检测方法，在检测周期信号方面有着明显的优越性，其具备的高灵敏度特性将吸引人们进行更多更深入的研究。本文的研究为混沌检测方法的普及和应用做了有益的探索，同时也为非线性检测方法在地震勘探中的应用奠定了基础。