地震波在传播过程中因受地层吸收作用影响出现了能量衰减和速度频散,使得地震记录振幅主频降低,相位发生畸变,子波相位并不满足零相位、最小相位等假设。目前,子波相位难以准确提取是制约时变子波提取精度的关键因素。为实现非平稳地震记录中时变子波相位的准确提取,论文在对地震记录时频特性研究的基础上,提出了一种基于Q值变化分段的子波相位提取方法,并采用基于地震波频散效应分析和波动方程的延拓方法将各段初始子波相位延拓至每一时刻。论文完成的主要工作如下。首先,针对非平稳地震记录中时变子波相位难以直接提取,平均分段、人为划分时窗的分段提取方法无法充分体现子波时变特征的问题,论文提出了一种基于Q值变化分段的子波相位提取方法。为实现地层品质因子Q的准确估计,本方法采用改进的S变换对地震记录进行时频分析,将时频谱模拟与改进的带权重质心频移法相结合完成了Q值提取;为体现子波相位的时变性,本方法按照估计Q值的变化情况对地震记录进行了分段子波相位提取。仿真实验和实际地震资料处理结果表明本方法的分段结果和在此基础上提取得到的子波符合地震记录非平稳特性与真实子波的时变特征。其次,针对分段后地震数据长度较短,段内初始子波相位难以准确提取的问题,论文提出了一种双谱法与纯相位滤波器法结合的相位提取方法。本方法基于地震记录双谱与子波相位谱的关系式,采用矩阵线性求解算法得到各段子波相位的预估值,据此给出纯相位滤波器的参数寻优区间,采用粒子群寻优算法最终得到子波相位的精确解。仿真实验和实际地震资料处理结果表明该方法能够在分段后短数据的条件下,实现各段子波初始相位的准确提取。最后,为解决目前用于将各段初始子波相位延拓至时域每一时刻的相位延拓方法未考虑子波在地层中传播的实际情况与地层影响的问题,论文提出了一种基于地震波频散效应分析和波动方程的相位延拓方法。该方法分析了常Q值地层中子波相位的变化情况,依据其波动方程的解得到了Q值和相位之间的关系式,并利用此关系式完成子波相位在地层内的延拓,实现了时变子波相位的提取。本文将所提方法与主流时变子波相位提取方法进行了理论分析与数值实验对比,验证了所提方法的优势与有效性。