在浅地表地震勘探中,瞬态面波勘探相比与常规的反射法和折射法,具有浅层分辨率高,信噪比高、应用范围广,勘探设备简单便捷,工作条件要求低等优点,更因其传播规律及其频散特性与地下地质结构密切相关,因此可用于浅层地层结构及灾后问题的无损探测。瑞雷面波频散曲线的提取是面波数据处理中最为关键的一步,因为这关系到后面利用频散曲线反演二维横波速度结构剖面和地下介质弹性参数,具有承上启下的作用。瑞雷面波信号属于典型的非平稳信号,其各阶统计量以及频谱特征会随着时间不断的发生变化,对其进行分析,就需要知道每一时刻的细节成分。而时频分析方法就是利用频率和时间的联合函数来表示非平稳信号,通过对两道瑞雷面波数据进行时频变换,将时间域的信号转换到时频域,再根据两道信号之间相同频率能量极值的时间差计算相速度,从而克服了相位差法对于道间距的限制。目前,所采用的时频分析方法主要有短时傅里叶变换法(STFT)、连续小波变换法(CWT)、S变换法。其中短时傅里叶变换时频窗固定,得到的频谱图不能细致的反映信号的时频变化规律;小波变换具有多分辨率,但由于其尺度因子和频率并没有直接关系,并且小波选取的多可能性使得分析结果具有多解性,因而用其计算出来的频散曲线也不够精确;S变换是一种线性、自适应的时频分析方法,不仅具有傅里叶变换的无损可逆性,同时还拥有小波变换多分辨率的优点,并且S变换对于多分量信号具有可加性,是一种线性变换,因而其具有较好的时频分析能力,使用S变换计算频散曲线可以提高其计算的精度。本文从层状介质中瑞雷面波发生频散的物理机理、理论频散曲线正演算法研究、瑞雷面波波场数值模拟、频散曲线提取等几个方面进行了探讨研究。主要取得了如下成果和结论:(1)实现了计算理论频散曲线的Thomson-Haskell算法;(2)实现了瑞雷面波的高阶交错网格有限差分数值模拟;(3)基于S变换基本理论编写了S变换提取频散曲线程序,通过该程序对正演模拟的瑞雷面波单炮记录进行了频散曲线的提取,与频散函数计算的结果进行对比,验证了程序的正确性。对含有低速异常体的模型进行频散曲线的提取,分析S变换对于提高瑞雷波法勘探横向分辨率的可行性。(4)使用S变换提取频散曲线的程序,进行了野外实际资料的处理,提取了多条频散曲线,然后对频散曲线进行了反演,得到了反映地下地质结构的横波速度剖面。