目前国内油气田的勘探目标逐渐从大型构造油气藏转变为复杂的岩性油气藏。这类油气藏由于规模小、厚度薄,在地震反射特征上表现为同相轴振幅较弱,容易淹没在背景噪声中,成为不易识别的弱有效信号。因此提高地震资料的分辨率,识别弱信号是地震勘探领域的首要任务。为了地震弱信号增强与识别的研究工作顺利开展,本文首先对弱信号的形成机理进行分析。建立不同的地质模型通过有限差分法进行正演模拟,研究了上覆地层特性（纵向厚度、速度、构造）、目的层特性（纵向厚度、波阻抗）、岩石吸收衰减以及噪声干扰等因素对有效信号振幅的影响。根据弱信号的成因,先是进行随机噪声的压制,提高地震资料的信噪比,对弱信号进行相对增强;再是进行频带补偿,恢复有效信号缺失的高频和低频部分,进而提高地震资料的分辨率。在随机噪声压制方面,常规的三维块匹配（BM3D）算法在实际地震资料处理中存在无法得到噪声先验信息,滤波阈值难以确定的缺陷。本文结合曲波变换和BM3D去噪的优势提出一种改进的联合去噪方法,能自适应地选取阈值参数完成去噪处理。本文改进方法能在有效去除随机噪声的同时更好地保护边界反射信息,使弱信号的振幅得到相对增强。在频带补偿方面,本文将信噪比谱约束引入有色反褶积处理,利用测井数据丰富的频率信息对地震资料进行补偿并且不会降低地震资料的信噪比。对于不含测井数据的资料,选择基于压缩感知的处理技术来恢复地震数据缺失的高、低频信息,再根据频带特征进行小波融合重构处理来增强弱信号。通过上述研究和测试可以得出,噪声的存在会导致有效信号相对变弱,而高速层屏蔽和吸收衰减作用则会直接使反射波的能量减弱,成为不易识别的弱信号。根据弱信号的不同成因,本文形成了基于曲波噪声估计的三维块匹配去噪和多频带融合重构的压缩感知技术两种地震资料处理方法。模型和实地资料的处理结果表明,本文提出的去噪方法可有效压制随机噪声,提高地震资料的信噪比,使弱信号的振幅相对增强;频带补偿方法则可以有效的拓宽地震资料的频带,提高地震资料的分辨率,使地震弱信号更易被识别出来。